《液體直接冷卻薄片雷射器的流動-傳熱動力學機制》是依託四川大學，由楊火木擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：液體直接冷卻薄片雷射器的流動-傳熱動力學機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊火木
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
液體直接冷卻薄片雷射器具有同時實現高平均功率、高光束質量和高效率雷射輸出的潛力，在前沿科學研究、國民經濟和國家安全等方面有重要套用。前期研究表明，液體直接冷卻薄片雷射器的冷卻液流動-傳熱動力學過程對雷射器輸出特性有顯著影響。本項目以流體動力學和對流傳熱學為基礎，以流動-傳熱動力學機制及其對雷射器輸出特性的影響為研究主線，基於大渦流技術建立熱-流-固多物理場耦合模型，以基於超快雷射源的麥可遜干涉測量技術、波長調諧相移干涉測量技術和粒子圖像測速技術為測量手段，研究冷卻液流動形態對散熱效率和散熱均勻性的影響，揭示流動形態和溫度梯度對雷射傳輸損耗和波前相位的影響規律，重點研究高熱載荷下流場-溫度場的相互作用機制，明確該相互作用對雷射器輸出特性的影響機理，最佳化液體直接冷卻薄片雷射器的熱管理性能，為實現高平均功率和高光束質量雷射輸出奠定基礎。
結題摘要
液體直接冷卻薄片雷射器具有同時實現高平均功率、高光束質量和高效率雷射輸出的潛力，在前沿科學研究、國民經濟和國家安全等方面有重要套用。以流體動力學和對流傳熱學為基礎，研究了冷卻液體的流動形態對散熱效率和散熱均勻性的影響，揭示高熱載荷下冷卻流場和溫度場的相互作用機制及其對雷射傳輸的影響。開展的系列研究包括：（1）採用解析推導和經驗公式相結合的方法，得出冷卻液體在不同流動形態下的換熱係數、增益介質溫度分布及應力分布，揭示了各物理參數對增益介質溫度分布均勻性的影響；（2）對比分析了FC-40、HT-110、D2O和去離子水等主流冷卻液體的散熱效率及對應的光學畸變；（3）針對增益介質的安裝問題，研究不同接觸熱阻下的溫度分布、應力分布及對應的熱致光學畸變；（4）討論了不同流速下，熱入口段長度對換熱係數、增益介質溫度分布和應力分布的影響，結果顯示不同的熱入口段長度對流體的換熱係數、增益介質的溫度分布和應力分布影響很大，流速主要影響增益介質中溫度的高低，熱入口段長度影響增益介質溫度分布均勻性；（5）研究了冷卻液流速和流道結構對方形薄板條液體直接冷卻雷射器的溫度分布和應力分布的影響，採用我們提出的一種基於超短雷射脈衝的多表面平行平板面形測量方法，成功得出了多表面的面形信息，研究了Zig-Zag光路結構下薄板條的熱致光學畸變，此外還對比研究了圓盤形增益介質在同樣條件下的熱管理性能及其光學畸變；（6）對比研究了冷卻液體單向流動和雙向流動下，增益介質的溫度分布、應力分布及其光學畸變，為減小流場和熱效應對雷射傳輸的影響及優選雷射器冷卻方案提供指導。此外，發明了一種大模體積多波長雷射諧振腔結構，對今後的研究起到了關鍵的指導作用。通過本項目研究，在國內外學術期刊上發表論文5篇，其中SCI收錄4篇，申請國家發明專利2項，培養碩士研究生4名，博士研究生1名。
