Transient temperature field of Nd:GdVO4 crystal end-pumped by diode

为解决脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体瞬态热效应问题,构建了激光二极管端面泵浦激光晶体热模型,运用解析分析法研究了Nd:GdVO4晶体的瞬态温场分布.考虑到Nd:GdVO4晶体具有热传导各向异性的特点,采用了各向异性热传导方程,得到了超高斯激光脉冲端面泵浦Nd:GdVO4晶体准热平衡态时激光晶体温度场的一般解析表达式.同时对脉冲激光的超高斯阶次、高斯半径、泵浦功率以及脉宽对Nd:GdVO4晶体瞬态温场的影响进行了定量分析与计算.研究结果表明:若使用泵浦功率为40W,脉冲频率为100 Hz,脉宽为80 ms的2阶超高斯分布脉冲激光泵浦Nd:GdVO4(钕离子掺杂质量分数为1.2％)晶体,达到准热平衡状态时温度在28.8～38.1℃之间成锯齿形周期分布,随着温度场周斯性分布,晶体表面的热形变量也在0.065 μm和0.092 μm做周期性变化.该结果对热焦距变化范围以及对热不敏谐振腔设计具有理论指导意义.     

二极管端面泵浦Nd∶GdVO4晶体瞬态温场分析

为解决脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体瞬态热效应问题,构建了激光二极管端面泵浦激光晶体热模型,运用解析分析法研究了Nd∶GdVO4晶体的瞬态温场分布。考虑到Nd∶Gd-VO4晶体具有热传导各向异性的特点,采用了各向异性热传导方程,得到了超高斯激光脉冲端面泵浦Nd∶GdVO4晶体准热平衡态时激光晶体温度场的一般解析表达式。同时对脉冲激光的超高斯阶次、高斯半径、泵浦功率以及脉宽对Nd∶GdVO4晶体瞬态温场的影响进行了定量分析与计算。研究结果表明:若使用泵浦功率为40 W,脉冲频率为100 Hz,脉宽为80 ms的2阶超高斯分布脉冲激光泵浦Nd∶GdVO4(钕离子掺杂质量分数为1.2%)晶体,达到准热平衡状态时温度在28.8～38.1℃之间成锯齿形周期分布,随着温度场周斯性分布,晶体表面的热形变量也在0.065μm和0.092μm做周期性变化。该结果对热焦距变化范围以及对热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。     

脉冲LD 端面泵浦Nd:YAG 晶体温场研究

为解决脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体产生瞬态热效应的问题,对激光晶体内的温场分布进行了解析分析与定量计算。通过对脉冲激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点分析,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型,考虑到Nd:YAG晶体导热系数与其温度的函数关系,引入弦截法求解含时热传导方程,得出了变热传导系数方形Nd:YAG晶体时变温度场的一般解析表达式。定量分析了变热传导系数方形Nd:YAG晶体在不同超高斯阶次和光斑半径下内部温度场时变情况。计算结果表明:使用平均输出功率为60 W 的脉冲激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG 晶体,若入射的3阶超高斯光束泵浦光光斑半径为400 m,则晶体尺寸为4 mm4 mm8 mm的Nd:YAG晶体在达到准热平衡状态时的最高和最低温升分别为364 K和337 K。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并对解决激光晶体热效应问题提供了理论依据。     

圆棒Nd:glass热容激光器的热过程半解析分析

建立了基于Nd:glass热容激光器的热传导模型,利用半解析热分析理论,对于给定的边界条件和初始条件,分别求解出泵浦阶段和冷却阶段时圆棒Nd:glass晶体的Poisson方程的解,得出圆棒Nd:glass晶体的温度场、形变场以及由端面热形变引起的热焦距、附加光程差的计算公式。研究结果表明:当泵浦总功率为2kW,4阶超高斯分布LD对Nd:glass晶体泵浦4s时,获得泵浦阶段圆棒Nd:glass晶体最高温升67.10℃,最大形变量为35.45μm,中心处附加光程差为5.677μm。冷却阶段圆棒Nd:glass晶体冷却800 s后中心最大热形变量为0.943μm。为优化热容激光器提供了理论依据。     

LD单端泵浦变热导率Nd∶YAG圆棒热容激光器温度场

针对圆棒激光晶体的实际工作情况进行分析研究,以热容激光器的运行模式为依据,从经典热传导方程出发,分别建立泵浦阶段、冷却阶段的热传导模型。然后引入变热传导系数对方程进行求解,分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。同时分析并对比了不同因素,如光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明:使用脉冲激光对晶体进行泵浦时,将Nd∶YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下,该晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为164.84 ℃、195.58 ℃。此时激光光斑半径为800 μm,泵浦功率为60 W、超高斯阶次为3;该激光晶体的尺寸为Ф20 mm×10 mm,掺钕离子为1.0 at%,吸收系数是0.91 mm-1。计算分析结果对LD泵浦固体热容激光器谐振腔的设计具有借鉴意义。     

矩形截面Nd:GGG热容激光器热分析

为了研究长方体型Nd:GGG热容激光晶体的热效应,通过对激光晶体工作特点的分析,采用半解析各向异性热分析方法,建立了符合实际工作状态热模型,对长方体型Nd:GGG热容激光晶体进行了热分析,得到了激光晶体抽运阶段和冷却阶段晶体内部温度场计算公式,定量分析了晶体宽度和厚度对温度场的影响。结果表明,当使用输出功率为8100W、脉冲频率500Hz、脉冲宽度0.2ms的LD抽运晶体4s时,抽运面中心最高温升为169.1℃;停止抽运120s时,晶体最高温升下降到0.97%。所得结果为热容激光器的优化设计提供了理论依据。     

LD双端泵浦Nd∶YAG方形晶体热容激光器温度场

对LD双端泵浦激光器的工作特点进行研究,以方形晶体为固体激光器的研究模型,并结合热容激光器的管理形式,将激光器工作阶段分为泵浦阶段和冷却阶段,并且建立相对应的热模型。根据热传导方程与边界条件进行求解,得到LD双端泵浦与冷却阶段的温度场表达式,并分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明:当泵浦功率为60 W、光斑半径为800 μm、超高斯阶次为3的激光二极管对晶体进行泵浦时,该晶体在泵浦端面获得的最大温升为201.30 ℃。该激光晶体的尺寸为20 mm×20 mm×10 mm,Nd∶YAG晶体对射入的泵浦光的吸收系数是910 m-1,掺钕离子为1.0%。研究结果对LD泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供了一定的理论指导意义。     

低温重复率Yb:YAG 固体激光放大器

Yb:YAG晶体比Nd:YAG晶体更适用于产生和放大具有Hz量级重复频率的高脉冲能量激光。报道了LD泵浦低温工作的Yb:YAG脉冲固体激光放大系统。整个系统由再生种子源、预放大器和主放大器3部分组成。晶体用铟和金箔作为导热层压到金属热沉上,散热方式采用传导冷却,低温环境由液氮冷却热沉来保证。实验结果表明:当晶体温度控制在150 K时,装置得到了3 J@10 ns,10 Hz的1 030 nm脉冲激光能量输出。研究了低温真空环境下介质膜的损伤等因素对泵浦参数的要求,最后分析了进一步提升脉冲能量所需要解决的问题。     

LD端面泵浦Nd:YVO4激光器热管理结构的研究

基于一种LD端面泵浦Nd:YVO<,4>激光器,设计了一种热沉结合外部风扇散热的风冷式热管理结构,并利用有限元分析方法对Nd:YVO<,4>晶体的温度场进行了数值模拟,分析了环境温度及界面热阻变化对晶体热致效应的影响.模拟结果表明,晶体泵浦区的温度梯度约为17 ℃,当环境温度升高时,所设计的冷却方案仍能满足系统的散热需...     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

抽运光分布对Nd:YAG微片激光器热效应的影响

以半解析热分析理论为基础,研究超高斯分布激光二极管(LD)端面抽运背冷式微片Nd:YAG晶体的热效应。通过对超高斯分布激光二极管端面抽运背冷式微片Nd:YAG晶体工作特点分析建立热模型,利用热传导方程新的求解方法得出微片Nd:YAG晶体内部温度场、热形变场、附加光程差(OPD)半解析计算表达式;利用附加光程差得出微片Nd:YAG晶体的热焦距计算表达式。研究结果表明,当使用总功率为24.2 kW,10%占空比4阶超高斯分布激光二极管抽运时,微片上获得70.36℃最高温升,0.465μm最大热形变,0.836μm最大附加光程差。     

激光二极管端面抽运矩形截面Nd:GdYVO4晶体热效应分析

研究了激光二极管(LD)端面高功率偏心抽运矩形截面激光晶体引起的热效应,提出偏心抽运矩形截面偏心度(ERS)的定义.通过求解周边恒温冷却Nd:GdYVO4激光晶体泊松热传导方程,得出了偏心度对晶体内部温度场的影响,以及温度梯度场的分布.研究表明:与中心抽运相比,偏心抽运时,激光晶体端面的最高温度有所降低,但温度梯度最高值升高,热畸变严重.     

溶剂热法制备氧化亚铜纳米晶粒

以甘油和氧化铜为原料,采用溶剂热法制备了纳米氧化亚铜粉体。将甘油和氧化铜按一定的摩尔比混合并加入适量的分散剂(PVP+SDBS),然后快速搅拌、加热并在430～440 K反应一定时间,随后在继续搅拌情况下冷却至室温,然后静置抽滤,在把过滤产物用无水乙醇洗涤数次并400 K真空干燥4 h后,得到了红色纳米氧化亚铜粉体。XRD和SEM分析结果表明,所制纳米氧化亚铜粉体属立方晶系,粒子呈球形,粒径约40 nm。     

凝固条件对γ-Ni/Mo2Ni3Si合金凝固组织的影响

设计并采用激光熔炼工艺制备出镍基固溶体γ增韧的Mo_2Ni_3Si三元金属硅化物合金。差式扫描量热分析(DSC)及高温金相实验表明,该合金共晶温度约1287℃,液相线温度约1355℃。研究了该Mo_2Ni_3Si合金在炉冷、水冷及激光表面熔凝条件下的凝固组织。结果表明,在炉冷及水冷条件下,随着凝固冷却速度的提高,合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数降低、二次枝晶臂间距减小,但激光表面快速熔凝合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数急剧增加(62％)。激光表面快速熔凝γ/Mo_2Ni_3Si合金由于组织细小,且基体γ相被Mo及Si元素过饱和固溶,具有最优异的力学性能(显微硬度600HV);炉冷Mo_2Ni_3Si合金凝固组织初生枝晶上分布着许多显微裂纹,且显微组织为粗大的二相组织,力学性能较差。     

光纤陀螺用SLD启动特性及影响研究

光纤陀螺的快速启动在军事、导航等领域极其重要,超辐射发光二极管(SLD)是光纤陀螺中启动速度最慢的器件.对SLD启动特性机理进行分析,采用高速数据采集卡对功率、驱动电流、温控电流和温度的变化情况进行了测试,得到了SLD的常温启动时间约为3～4 s,启动时的最大功率波动误差为4.5％,上电瞬间驱动电流上升时间约为0.3s,SLD的制冷电流与热沉温度存在0.12s的延迟,环境温度与理想温度偏差越大,启动时间越长,而且高温启动时间要比低温启动时间长.分析了不同温度下SLD启动对光纤陀螺附加零偏的影响,增加前放增益可减小附加零偏.     

大功率半导体激光器二维阵列模块特性分析

根据固体激光器抽运的技术要求,设计了一种具有水冷装置的大功率半导体激光器二维阵列模块,并对半导体激光器热沉和致冷系统的热流进行了分析。在不同占空比下,对该模块进行了测试与分析。该模块的中心波长为810 nm,光谱半峰全宽(FWHM)为2.5 nm,工作电流为110 A(200μs,10%占空比),循环水温为15℃时输出峰值功率为280 W。结果表明,该封装结构在占空比小于5%时器件工作特性良好,在10%占空比下也可正常工作。利用该模块可以组合成多种几何结构、功率更高的半导体激光器组件。     

空心叶片激光快速成形过程的温度/应力场数值模拟

针对航空发动机空心涡轮叶片激光快速成形(LRF),建立了温度场/应力场瞬态模型,采用有限单元生死技术模拟了熔覆层的沉积生长过程.采用随动强化及米塞斯屈服准则进行了热弹塑性分析,通过间接耦合模拟了TC4钛合金空心叶片激光快速成形的温度场/应力场演变过程.结果分析表明,在TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程中,随着熔池的移动和成形高度的增加,温度场和应力场动态演化,其中由于基座的冷却及约束作用和熔池加热及应力释放作用,激光快速成形空心叶片温度和应力/应变场沿高度(z轴)方向呈梯度分布.温度场上高下低,散热方向从上至下,从熔池到基座;应力场下高上低,叶根等效应力最大.空心叶片激光快速成形结束冷却到室温,残余应力与熔覆过程应力分布规律基本相同,只是叶片顶部等效应力有所提高.