项目名称: 液体直接冷却薄片激光器的流动-传热动力学机制

项目编号: No.61505129

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 杨火木

作者单位: 四川大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 液体直接冷却薄片激光器具有同时实现高平均功率、高光束质量和高效率激光输出的潜力,在前沿科学研究、国民经济和国家安全等方面有重要应用。前期研究表明,液体直接冷却薄片激光器的冷却液流动-传热动力学过程对激光器输出特性有显著影响。本项目以流体动力学和对流传热学为基础,以流动-传热动力学机制及其对激光器输出特性的影响为研究主线,基于大涡流技术建立热-流-固多物理场耦合模型,以基于超快激光源的迈克尔逊干涉测量技术、波长调谐相移干涉测量技术和粒子图像测速技术为测量手段,研究冷却液流动形态对散热效率和散热均匀性的影响,揭示流动形态和温度梯度对激光传输损耗和波前相位的影响规律,重点研究高热载荷下流场-温度场的相互作用机制,明确该相互作用对激光器输出特性的影响机理,优化液体直接冷却薄片激光器的热管理性能,为实现高平均功率和高光束质量激光输出奠定基础。

中文关键词: 流动-传热动力学;液体直接冷却激光器;热管理;高光束质量;高平均功率

英文摘要: Liquid direct cooled disk-type laser has the potential to realize high average power, high beam quality and high efficiency laser output simultaneously, which has important applications in the forefront of science, economy and national security. Previous studies indicate that convective heat transfer process in liquid direct cooled disk-type laser has a significant impact on the performance of the laser output. Based on the fluid dynamics and thermal convection, the flow-heat transfer mechanism and its impact on the dynamics of the laser output is studied in this project. Based on large-eddy simulation, the heat-liquid-solid multi-physics coupling model is set up. The ultrafast pulse laser-Michelson interferometer measurement technology, wavelength tuning phase shifting interferometry technology and particle image velocity technology are used in the experimental measurement. The impact of various flow conditions on the cooling efficiency and cooling uniformity is studied, uncovering the laws, which imposed by the flow condition and temperature gradient, that govern the transmission loss and wavefront of laser beam passing through the coolant and gain medium. The flow field and temperature field interaction mechanism in laser which pumped with high average power is the focus of this research, which is to determine the laws that govern the laser output. The optimization of heat management performance of liquid direct cooled disk-type laser is also carried out. In conclusion, this project can lay a solid foundation for the development of the liquid direct cooled disk-type laser to achieve high average power and high beam quality laser output.

英文关键词: Dynamics of flow and heat transfer;Liquid direct cooled laser;Thermal management;High beam quality;High average power

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