针对光导开关高重复频率运行时产生丝电流加热, 使光导开关温度迅速超过材料最高允许使用温度, 造成开关失效或损伤的难题, 本文结合微通道散热技术和射流冷却技术的优点, 设计了射流微通道耦合高效散热器。通过实验测试, 对不同运行工况下射流微通道耦合高效散热器的传热特性进行了研究, 并与美国进口的蜂窝型微通道散热器进行散热性能对比。实验结果表明: 体积流量为 3 L/min的情况下, 射流微通道耦合高效散热器的换热系数超过 35 000 W/(K·m2), 散热量高达 1 000 W, 相比蜂窝型微通道散热器散热量提升了 45%。在测试流量下, 随着体积流量的增加, 射流微通道耦合高效散热器的平均换热系数接近线性增加, 而蜂窝型微通道散热器的平均换热系数在大流量下却增加缓慢。此外, 采用射流微通道耦合高效散热器冷却的热源面温度均匀性明显优于采用蜂窝型微通道散热器冷却的热源面温度均匀性, 采用射流微通道耦合高效散热器的热源面温度波动能降低 58%, 更有利于降低光导开关热应力。

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性, 设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置, 采用单电极放电结构, 在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置, 电源脉冲宽度约230 ns, 脉冲上升沿约为120 ns。在重复频率为500 Hz的条件下, 通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110 ns, 且无反向放电。试验结果表明: 平均射流长度随电压幅值增加而增加, 在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势, 这是由于射流通道尾部有空气进入, 电压幅值已不再是主要原因; 只有在合适的气体流量值时, 才能够获得较长的平均射流长度, 这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道; 此外, 中心电极放电射流长度受气体流量影响较大, 气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流, 射流放电强度较弱, 气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电, 这是由于四周电极更易形成放电射流, 削弱了中心电极放电。

为了研究影响碟片激光器晶体模块射流冲击冷却单元换热效果的核心因素, 采用数值计算的方法, 在喷孔总面积一定的条件下对孔径、孔间距及喷射距离进行了冲击冷却的分析, 通过实验对换热系数进行了对比分析, 并在实际的碟片激光器上对降温效果进行了验证。结果表明, 孔径为0.6mm且孔间距为1.6mm的喷嘴B具有最好的换热效果, 在3L/min的流量及3mm的喷射距离下, 换热系数达到55000W·m-2·K-1; 不同泵压下, 存在最佳喷射距离, 喷嘴B在0.2MPa时, 最佳喷射距离为0.5mm; 当流量为6.5L/min、喷射距离为5mm及注入电流为200A时, 喷嘴B对碟片晶体的冷却温度比喷嘴C低5℃。此结论为碟片激光器晶体模块射流冲击冷却单元的优化设计提供了参考。

为了深入研究等离子射流阵列的放电特性，利用上升沿1 μs、脉宽2 μs的微秒脉冲电源产生等离子体射流，通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄，研究了在针-环双电极结构下，不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端，随着外加电压幅值的增加，中心管也会有射流产生，最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远，放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20 mm处取得最大值)，随着重复脉冲频率的增大，放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变，放电电流先减小而后保持不变。