肖凯博 郑建刚3) 蒋新颖† 蒋学君 吴文龙严雄伟 王振国 郑万国3)

1) (中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳 621900)

2) (中国工程物理研究院,高能激光科学与技术重点实验室,绵阳 621900)

3) (上海交通大学,IFSA 协同创新中心,上海 200240)

为解决高重复频率大能量激光放大器的热管理问题,采用数值模拟与实验分析的方法,对背面水冷Nd:YAG 激活镜放大器的流体散热进行了研究.基于低雷诺数k-ε 湍流模型,建立了流-固共轭传热多物理场耦合分析模型,对比分析了近壁面处理方法对流体流动、对流扩散和热传导过程及温度分布的影响,分析研究了不同冷却液流量和泵浦参数对流场特性、激光介质温度和波前分布的影响.数值模拟表明: 激光介质的温度分布与固液边界层内的黏性作用密切相关,且冷却液的热扩散主要发生在100 µm 范围内; 激光介质的热沉积分布中心对称,而温度分布沿水流方向不对称,最大温升位于出水口端且基本保持不变; 增益介质前表面的温度分布与介质的波前分布随冷却液流量非线性变化,而随泵浦参数线性变化; 实验结果与数值模拟符合较好.

1 引 言

二极管泵浦的高能重频固体激光器因转换效率高、亮度高、可靠性好和结构紧凑等优点而备受关注,同时其在工业加工、科学研究和国防军事等领域也具有十分广阔的应用前景.目前,输出能量达到十焦耳甚至百焦耳、重复频率运行的纳秒激光系统在国内外得到了广泛的研究……