浸没式薄板激光器及其热管理研究

目前广泛应用的全固态激光器由于固有的“热问题”而制约了其向更高能量/功率，更高光束质量和更高效率方向发展。改进和发展“热管理”技术成为热点研究课题。本文从尽可能有效的导出无用热的角度出发，提出了浸没式液冷薄板激光器的方案，希望能探索出激光器热管理的新方案。 本论文在研究背景中介绍了国内外在高能激光领域的发展历程以及最新的科研成果，系统的比较了体块型固体激光、液体激光、浸没式液冷激光等激光器构型在热管理中的长处和缺陷；筛选合适的冷却液，并基于此构建了布儒斯特角放置的浸没式冷却薄板激光器构型；基于速率方程模拟了激光输出的瞬时特性和输出特性；基于Fluent6.3.26软件,建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型,研究了构型条件下，在不同流速以及泵浦下，整个增益区域的温度场，速度场分布；并基于增益区温度场的分布，模拟计算了液冷条件下增益区的波前分布。 在实验阶段，测定了冷却液的色散曲线以及温度折射率系数；测定了Nd：YAG的光谱特性，设计并构建了布儒斯特角构型的增益池系统，搭建了激光振荡光路，在实验中系统测试了泵浦系统的耦合效率，激光系统的斜率效率以及脉冲宽度，获得了激光器激光输出的远场光斑。在2.66J的泵浦能量下获得了653mJ的脉冲能量输出，光光效率达到25%。在1HZ的条件下，不稳定度为1.1%，表明其具有很好的热管理性能。本文浸没式液冷薄板激光器的研究对采用直接液冷的热管理方式的热管理能力以及输出能力进行了验证，为此种构型激光器的发展奠定了基础。