首页 > 论文 > 中国激光 > 44卷 > 3期(pp:301002--1)

紧凑型中红外固体激光器散热性能分析

Analysis on Cooling Performance of Compact Mid-Infrared Solid State Laser

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

针对中红外固体激光器结构紧凑、抽运源模块温度要求严苛等引起的激光器散热难题,采用强制对流冷却、半导体制冷与热管导热等多种方法相结合建立了激光器的散热系统。应用COMSOL有限元软件建立了紧凑型中红外固体激光器散热系统有限元模型,利用温度传感器采集激光器侧壁和内部温度数据,对比有限元计算结果验证了模型的有效性。基于此模型计算了在不同环境温度条件下如风扇转速、热管等参数对激光器散热结果的影响,提高风扇转速、增加热管等方式可提高激光器散热效果,并且随着环境温度升高,散热效果改善明显。

Abstract

Cooling compact mid-infrared solid state laser is difficult for its compact structure and temperature restriction of laser pump module. A laser cooling system is proposed using forced convection cooling technique, thermo electric cooling technique and heat pipe technique. A finite element model for the laser cooling system is built with the COMSOL software. Temperature data is experimentally measured by sensors. The validity of this model is verified with the experimentally measured data. The effect of cooling system parameters, such as fan speed and heat pipe, on temperature distribution is numerically computed with the finite element model at different environmental temperatures. The results indicate that increasing the fan speed and installing the heat pipe are beneficial to improving the cooling effect, and the cooling effect is more obvious with the increase of environment temperature.

Newport宣传-MKS新实验室计划
补充资料

中图分类号:TN248.4

DOI:10.3788/cjl201744.0301002

所属栏目:激光器件与激光物理

基金项目:吉林省重大科技招标项目(20160203016GX)、吉林省重大科技攻关项目(20140203010GX)

收稿日期:2016-10-11

修改稿日期:2016-11-15

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

张 阔:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
于德洋:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
何 洋:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
潘其坤:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
陈 飞:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033
李殿军:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电对抗技术创新研究室, 吉林 长春 130033

联系人作者:张阔(cole_fx@163.com)

备注:张 阔(1984—),男,博士,助理研究员,主要从事高功率激光器方面的研究。

【1】Zhao Jiaqun. Study on mid-infrared continuous-wave optical parametric oscillator technique based on MgO∶PPLN crystal[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2011: 1-4.
赵家群. 基于MgO∶PPLN的中红外连续波光学参量振荡器技术的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011: 1-4.

【2】Chang Jianhua, Yang Zhenbo, Lu Zhou, et al. A novel multi-wavelength mid-infrared difference frequency generation laser source based on PPLN[J]. Chinese J Lasers, 2013, 40(10): 1002009.
常建华, 杨镇博, 陆 州, 等. 一种新型的基于PPLN的多波长中红外激光光源[J]. 中国激光, 2013, 40(10): 1002009.

【3】Wei Xingbin, Peng Yuefeng, Wang Weimin, et al. High-power MgO∶PPLN optical parametric oscillator[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(5): 1447-1450.
魏星斌, 彭岳峰, 王为民, 等. 高功率MgO∶PPLN光参变振荡器[J]. 光学学报, 2010, 30(5): 1447-1450.

【4】Cheng Yong, Guo Yanlong, He Zhizhu, et al. Application research of phase change material heat removal technology for compact high efficiency diode pumped laser[J]. Chinese J Lasers, 2016, 43(1): 0102005.
程 勇, 郭延龙, 何志祝, 等. 相变散热技术在小型高效半导体抽运激光器中的应用研究[J]. 中国激光, 2016, 43(1): 0102005.

【5】Liu Gang, Tang Xiaojun, Xu Liujing, et al. Fluid-solid coupled heat transfer design numerical study for water cooling CCEPS laser[J]. Chinese J Lasers, 2014, 41(4): 0402004.
刘 刚, 唐晓军, 徐鎏婧, 等. CCEPS激光器水冷设计的流-固耦合传热数值研究[J]. 中国激光, 2014, 41(4): 0402004.

【6】Zhang Zhijun, Liu Yun, Fu Xihong, et al. Analysis of air-cooled heat system in hundred-watt level semiconductor laser module[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2012, 33(2): 187-191.
张志军, 刘 云, 付喜宏, 等. 百瓦级半导体激光器模块的风冷散热系统分析[J]. 发光学报, 2012, 33(2): 187-191.

【7】Li Jianglan, Shi Yunbo, Zhao Pengfei, et al. High precision thermostat system with TEC for laser diode[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6): 1745-1749.
李江澜, 石云波, 赵鹏飞, 等. TEC的高精度半导体激光器温控设计[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1745-1749.

【8】Xie Yin, Meng Junqing, Zu Jifeng, et al. Conduction cooling and compact, high peak-power, nanoseconds pulse laser[J]. Chinese J Lasers, 2015, 42(9): 0902005.
谢 银, 孟俊清, 祖继峰, 等. 传导冷却结构紧凑型高峰值功率纳秒级激光器[J]. 中国激光, 2015, 42(9): 0902005.

【9】Ni Yuxi, Jing Hongqi, Kong Jinxia, et al. Thermal performance of high-power semiconductor laser packaged by ceramic submount[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2016, 37(5): 561-566.
倪羽茜, 井红旗, 孔金霞, 等. 高功率半导体激光器陶瓷封装散热性能研究[J]. 发光学报, 2016, 37(5): 561-566.

【10】Song Xiaolu, Wei Guang, Wen Jianguo, et al. Application of heat pipe in LD end-pumped solid-state laser cooling system[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2009, 43(3): 397-401.
宋小鹿, 韦 光, 文建国, 等. 热管在LD端面泵浦固体激光器散热系统中的应用[J]. 上海交通大学学报, 2009, 43(3): 397-401.

【11】Xiao Yang, Xu Wendong, Zhao Chengqiang. Integrated simulation of opto-mechanical system[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(7): 0722002.
肖 阳, 徐文东, 赵成强. 光机系统的一体化仿真分析[J]. 光学学报, 2016, 36(7): 0722002.

【12】Liu Ming, Zhang Guoyu, Geng Shubin, et al. Opto-mechanical structure design and thermal optical analysis on zoom lenses of optical-electronic platform[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(8): 0812003.
柳 鸣, 张国玉, 耿树彬, 等. 光电平台变焦镜头光机结构设计及热光学分析[J]. 光学学报, 2015, 35(8): 0812003.

【13】Quan Wei, Li Guanghui, Chen Xi, et al. Structural design and ANSYS thermal simulation for semiconductor laser system[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(5): 1080-1086.
全 伟, 李光慧, 陈 熙, 等. 一体化半导体激光器的ANSYS热仿真及结构设计[J]. 光学 精密工程, 2016, 24(5): 1080-1086.

【14】Hu Zhitao, He Bing, Zhou Jun, et al. Research progress in thermal effect of high power fiber lasers[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2016, 53(8): 080002.
胡志涛, 何 兵, 周 军, 等. 高功率光纤激光器热效应的研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2016, 53(8): 080002.

【15】Liu Hong, Tong Sicheng, Jiang Lanfang. Numerical simulation model for radiator with heat pipe[J]. Semiconductor Optoelectronics, 2012, 33(2): 194-196.
刘 红, 童思成, 蒋兰芳. 热管散热器数值仿真模型[J]. 半导体光电, 2012, 33(2): 194-196.

引用该论文

Zhang Kuo,Yu Deyang,He Yang,Pan Qikun,Chen Fei,Li Dianjun. Analysis on Cooling Performance of Compact Mid-Infrared Solid State Laser[J]. Chinese Journal of Lasers, 2017, 44(3): 0301002

张 阔,于德洋,何 洋,潘其坤,陈 飞,李殿军. 紧凑型中红外固体激光器散热性能分析[J]. 中国激光, 2017, 44(3): 0301002

被引情况

【1】李玫仪,王飞,张雅琪. 基于中红外激光吸收光谱的低浓度一氧化氮测量. 激光与光电子学进展, 2018, 55(5): 53002--1

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF