掺Nd3+玻璃微球阵列激光器的热学性能研究

丁建永; 桂珞; 彭波; 韦玮

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.01.004

掺Nd3+玻璃微球阵列激光器的热学性能研究

1.
南京邮电大学光电工程学院, 南京 210046;
2.
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光和物理联合实验室, 上海 201800;
3.
中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119

作者简介: 丁建永（1988-），男，硕士研究生，现主要从事新型激光器设计及其热管理研究。.

通讯作者: 韦玮, weiwei@njupt.edu.cn

基金项目:
国家自然科学基金资助项目（61077070;61177086）
中图分类号: TN248.1

Thermal analysis of the neodymium-doped microspheres array lasers

1.
School of Optoelectronic Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210046, China;
2.
National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China;
3.
State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Science, Xi'an 710119, China

Corresponding author: WEI Wei, weiwei@njupt.edu.cn

CLC number: TN248.1

摘要: 为了研究二极管阵列抽运折射率匹配液冷却的掺Nd3+玻璃微球阵列增益区产生的热效应，采用FLUENT6.3.26软件建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型，利用有限元分析法，模拟分析了钕玻璃微球阵列的温度分布与自身尺寸、匹配液流速、微球层数和抽运频率的变化关系及其对热畸变的影响。由模拟结果可知，固体微球激光器的热恢复时间短，冷却效果与微球层数无关，流速增加对小尺寸微球的冷却效果无明显改善；当抽运频率为1Hz时，直径为2mm和4mm的微球增益区的单程最大光程差为3.1nm和51.9nm。结果表明，该构型激光器具有高效的冷却能力。这一结果对微球阵列激光器的热管理是有帮助的。
- 激光器 /
- 热分析 /
- 流-热-固耦合模型 /
- 折射率匹配 /
- 二极管抽运
Abstract: In order to study the thermal effect of the neodymium-doped microsphere array caused by the pumping laser diode array (LDA), a thermal-flow-solid coupling model was established with FLUENT6.3.26 software, and the dependence of the temperature of neodymium-doped microsphere array on its size, fluid velocity, pump frequency and the number of microsphere layers was analyzed by means of finite element analysis. Analysis results show that the laser has short thermal recovery time and the cooling effect has nothing to do with the number of layers. The cooling effect of the microspheres in the small size isn't improved by increasing velocity. The maximum one-way optical path difference of Nd3+microsphere in 2mm and 4mm diameter was 3.1nm and 51.9nm respectively at a repetition rate of 1Hz. The results show that the neodymium-doped microsphere array laser has a highly efficient cooling capacity and is beneficial to the thermal management of a microsphere array laser.
- lasers /
- thermal analysis /
- thermal-flow-solid coupling model /
- index-matching /
- diode-pumped

[1]	LI L, GAN A Sh, QI B, et al. Thermal effect of LD end-pumped Nd∶YAG crystal with variable thermal conductivity[J]. Laser Technology, 2012, 36(5):612-616(in Chinese).
[2]	PENG Y F, WU D Y, ZHANG Y, et al. Simulation and structure design of a high power laser mirror with self-compensation of thermal distortion[J]. Laser Technology, 2012, 36(1):120-123(in Chinese).
[3]	REN G G. New tactical high energy liquid laser[J]. Laser Technology, 2006, 30(4):418-421(in Chinese).
[4]	TIAN G Zh, OU Q F, ZHONG M, et al. Thermal-management technology for a 2kJ high energy Nd∶glass laser[J]. Laser Technology, 2007, 31(3):253-256(in Chinese).
[5]	GUO J W, LI T, NIU R H, et al. Analysis of the temperature characteristics of a Cr, Tm, Ho∶YAG laser[J]. Laser Technology, 2011, 35(6):761-764(in Chinese).
[6]	LEI Ch Q, WANG Y F, HUANG F, et al. Progress of high power solid-state laser pumping and coupling technology[J]. Laser Technology, 2011, 35(6):725-733(in Chinese).
[7]	MA D D, LIU Q, GONG L, et al. Design an experiment of edge-pumped asymmetric Yb∶YAG/YAG thin disk laser[J]. Laser Technology, 2009, 33(3): 228-228(in Chinese).
[8]	IYAMA K, BHUSHAN R, FURUKAWA H, et al. Development of kW class Nd∶YAG composite ceramic thin disc laser[J].Proceedings of SPIE, 2013, 8599:2801-2807.
[9]	LI L, DONG W W, SHI P, et al. Thermal effect of high power Yb∶YAG microchip solid-state laser[J]. Laser Technology, 2010, 34(1):8-12 (in Chinese).
[10]	PERRY M D, BANKS P S, ZWEIBACK J, et al. Laser containing a distributed gain medium: USA, 6937629[P]. 2005-08-30.
[11]	SHE J B, WEI W, PENG B, et al. Microsphere array laser and its method of thermal management: China, 201210364009.1[P]. 2013-01-09(in Chinese).
[12]	HU T, WEI Y T, SONG Y S, et al. The flow field heat distribution of inorganic liquid laser under oblique pumping[J]. Acta Physica Sinica, 2010, 59(10): 7027-7305.
[13]	WANG M G, XU X J, LU Q S. Influence of liquid flow on laser beam quality in liquid lasers[J]. Chinese Journal of Lasers, 2010, 37(1):131-135(in Chinese).
[14]	WANG P F, MA Z R, LI M, et al. Effect of thermal flow field on the output field distribution of liquid lasers[J]. Laser Technology, 2010, 34(6):861-864(in Chinese).

[1]	蒋新颖 , 徐美健 , 蒋东镔 , 段文涛 , 於海武 . V型有源镜构型热容激光器热特性研究. 激光技术, 2009, 33(1): 21-23.
[2]	赵刚 , 李晶 , 彭绪金 , 高恒 , 杨闯 , 陶刚 , 刘亚萍 , 廖志烨 . 无热电恒温的小型重频二极管抽运板条激光器. 激光技术, 2016, 40(5): 625-628. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.002
[3]	路英宾 , 卿光弼 , 兰戈 , 陈德章 , 高剑波 , 刘韵 . LD侧面抽运的铒玻璃激光器. 激光技术, 2006, 30(3): 329-331.
[4]	杨建坤 , 曹丁象 , 郑万国 , 贺少勃 , 袁晓东 , 於海武 , 韩伟 . 热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析. 激光技术, 2007, 31(2): 196-199.
[5]	巩马理 , 王生利 , 柳强 , 黄磊 , 高松 , 张海涛 . LD角抽运Nd:YAG/YAG复合板条激光器热焦距分析. 激光技术, 2009, 33(4): 337-339,343. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.001
[6]	高清松 , 童立新 , 蒋建峰 , 唐淳 . 高功率二极管激光器面阵四通抽运耦合系统. 激光技术, 2005, 29(2): 135-137.
[7]	李俊杰 , 李波 , 王又青 . 大流量轴快流CO2激光器放电管的对比分析. 激光技术, 2015, 39(3): 308-311. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.005
[8]	黎维华 , 唐军 , 陈亚男 , 李福权 , 李明中 , 黎明 , 杨兴繁 . FEL驱动激光器的研究. 激光技术, 2009, 33(6): 619-621,625. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.06.017
[9]	金锋 , 翟刚 , 李晶 , 时顺森 , 马楠 , 王建华 , 陈仁 . 高重频人眼安全光参变振荡器实验研究. 激光技术, 2006, 30(1): 20-22.
[10]	岳建堡 , 李波 , 王海林 , 王智用 , 李杰雄 . 轴快流CO₂激光器翅片管换热器强化换热研究. 激光技术, 2017, 41(5): 626-631. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.05.002
[11]	刘亚萍 , 彭绪金 , 赵刚 , 陶刚 , 高恒 , 白杨 , 唐伟 , 罗杰平 . 重频50Hz风冷YAG固体激光器热设计及仿真分析. 激光技术, 2021, 45(6): 735-739. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.06.010
[12]	赵恒 , 李波 , 胡友友 , 王炜 , 王振 . 高功率轴快流CO₂激光器激励源热沉结构优化设计. 激光技术, 2017, 41(4): 566-572. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.022
[13]	吴羽 , 龙晓莉 , 焦中兴 , 何广源 , 张倩 . 热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计. 激光技术, 2015, 39(3): 377-380. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.03.021
[14]	詹小红 , 朱仁江 , 蒋茂华 , 胡平 , 崔玉亭 , 张鹏 . 外腔面发射激光器自发辐射谱的热特性. 激光技术, 2016, 40(4): 610-614. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.032
[15]	郭天华 , 汪岳峰 , 于广礼 . 光纤光栅外腔半导体激光器理论模型分析与选取. 激光技术, 2017, 41(2): 225-230. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.02.016
[16]	杨元杰 , 李育德 , 刘静伦 , 张力军 , 许德富 . 不含热池的11μm附近热带连续波CO2激光器实验研究. 激光技术, 2006, 30(2): 218-220.
[17]	陆文龙 , 郑煜 , 赵文龙 , 段吉安 . 激光器与单模光纤球透镜耦合的蒙特卡洛分析. 激光技术, 2012, 36(3): 338-341.
[18]	高恒 , 贾凯 , 杨闯 , 刘亚萍 , 赵刚 , 高军 . 激光二极管侧面抽运免温控激光器的研究. 激光技术, 2019, 43(1): 1-5. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.01.001
[19]	盛大成 , 巩马理 , 柳强 , 李晨 . 角抽运板条固体激光器热效应的分析. 激光技术, 2006, 30(1): 86-89.
[20]	欧攀 , 张春熹 , 闫平 , 巩马理 . 多点抽运的双包层光纤激光器数值分析研究. 激光技术, 2007, 31(2): 150-152,178.

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