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固体热容激光介质热致效应及热管理技术的研究

 

高功率、高亮度激光有着极其重要的应用价值。固体热容激光器以其独特的运转方式,有效避免了实时冷却固体激光器中由于冷却梯度造成的各种不良热效应,有望成为实现电激励、节能型、高平均功率、高亮度激光输出的有效手段之一。 热管理系统是热容方式工作激光系统最关键的子模块之一,如何有效管理并合理控制激光介质在周期性抽运负载作用下产生的废热,是一个亟待解决的新颖课题。本论文主要针对固体热容激光器增益介质的瞬态热致效应及热管理系统的原理设计展开研究,主要贡献或创新点如下: 1)、结合固体热容激光器的技术特点,系统地分析了目前国内外关于固体热容激光器(SSHCL)的最新技术进展及发展趋势。基于SSHCL总体设计方案,对构成该激光系统的原理设计方案及其总体设计中的功率标定等问题进行了阐述。 2)、基于传热学理论,建立了固体热容激光介质在抽运光热作用下描述其内部热分布的数学模型;借助有限元仿真软件ANSYS,对几种掺钕激光介质在热容方式下的热力学特性进行了数值模拟,重点对双侧对称激光二极管阵列抽运掺钕钆镓石榴石激光晶体(Nd:GGG)在热容工作下的瞬态温度场及应力场进行深入的研究,分析了多种复杂边界条件下热致效应对激光输出特性的影响。总结出高功率全固态激光系统在热容运转方式下受热负载的规律。
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