碟片激光器冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　碟片激光器近期主要研究成果有： 輸出功率2kW，光束質(zhì)量為2mm？mrad 的連續(xù)單碟片激光器；輸出功率8kW，光束質(zhì)量為8mm·mrad的連續(xù)碟片激光器；平均功率1kW的光纖耦合高功率調(diào)Q碟片激光器。當(dāng)?shù)す馄鞅闷謪^(qū)面積增大時(shí)，需要能夠承載更大發(fā)熱功率的冷卻設(shè)備以將增益介質(zhì)保持在較低的溫度，否則溫度過高會(huì)導(dǎo)致光光效率降低，并且還會(huì)導(dǎo)致增益介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)下降，從而進(jìn)入惡性循環(huán)。另外，還要將增益介質(zhì)各向溫差梯度控制在一定范圍內(nèi)，否則會(huì)由于熱脹冷縮造成增益介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力過大進(jìn)而損壞。

　　本文通過設(shè)計(jì)優(yōu)化碟片激光器冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步改善碟片激光器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率及光束質(zhì)量，并降低碟片激光器使用成本。尋求比現(xiàn)在碟片激光器常用的直接或熱沉水射流沖擊冷卻更好的冷卻方案，對(duì)其效果模擬仿真。

　　在筆者研究中，將借鑒各領(lǐng)域新技術(shù)改進(jìn)碟片激光器的冷卻方案，以實(shí)現(xiàn)較好的冷卻效果。

　　金剛石導(dǎo)熱：即以金剛石作為導(dǎo)熱材料，其技術(shù)亮點(diǎn)在于金剛石極高的導(dǎo)熱率（高達(dá)2300w／m·K）。該技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入商用階段。

　　液相對(duì)流（介質(zhì)：液態(tài)金屬或其他新型冷卻劑）：與水冷類似，但工質(zhì)為液態(tài)金屬，循環(huán)系統(tǒng)為全封閉式，采用無機(jī)械結(jié)構(gòu)的電磁泵。其有無噪音、無震動(dòng)、無損耗、機(jī)械部件極少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常用于核反應(yīng)堆等。

　　工作環(huán)境為室溫大氣環(huán)境，散熱功率130W。目前公開的液態(tài)金屬散熱器用工質(zhì)主要有Hg、NaK、汞齊、鎵銦錫合金等。除此之外，液態(tài)金屬還可用于處理散熱器和發(fā)熱面的接觸問題，用于排除接觸面間隙中空氣以降低接觸面區(qū)域的附加熱阻。