1 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
2 中国电子科技集团公司第十一研究所, 北京 100015
针对端面泵浦固体激光器的微通道冷却结构,基于流-固-热耦合的数值方法计算了不同冷却液流量下增益介质内部的温度分布和冷却结构的流动阻力,为下一步冷却结构的改进提供了理论依据。计算结果表明:当冷却液流量增加至15 L/min时,增益介质的最高温度不再出现明显下降,此时微通道冷却结构的内部流动阻力不会对冷却系统运行造成明显的影响;冷却结构的进出口位置及水冷方向对增益介质内部的热分布具有较大的影响。
激光光学 激光冷却 固体激光器 热效应 微通道冷却 数值计算
1 大连理工大学 化工与环境生命学部, 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 大连化学物理研究所, 辽宁 大连 116023
为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求,根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型,利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性,然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明：对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域,其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析; 对于重点关注的转捩区,采用三维模型模拟分析更好; 当雷诺数增大到转捩点,流体的传热效果得到明显增强; 随着雷诺数的增大,玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小; 不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略,对努赛尔数和通道总压降基本无影响。
微通道冷却 数值模拟 转捩 传热 热负荷 microchannel cooling numerical simulation transition heat transfer heat load 强激光与粒子束
2016, 28(2): 021002
1 大连理工大学 化工与环境生命学部, 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 大连化学物理研究所, 化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
建立了固体激光微通道冷却器数学模型，运用商业软件Fluent进行求解计算，并与文献中数据进行对比，验证了模型的可靠性。分析微通道尺寸及结构对转捩雷诺数影响，结果表明：微通道当量直径对于转捩雷诺数影响甚微，收缩比的大小是引起转捩雷诺数不同的关键因素,最终确定了不同收缩比下的转捩雷诺数。
微通道冷却 数值模拟 转捩流动 收缩段 热效应 microchannel cooling numerical simulation transition flow contraction section thermal effect 强激光与粒子束
2014, 26(5): 051008
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 工程热物理研究所, 北京 100190
3 重庆大学 工程热物理研究所, 重庆 400030
根据高功率二极管激光器的散热需求，设计了一种储能式相变冷却实验系统，并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面，用氨做制冷剂，实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时，散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理，分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器，背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂,散热功率密度达到了550 W/cm2，采用R124做制冷剂，散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂，实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。
相变冷却 二极管激光器 微通道冷却器 喷雾相变 节流汽化 phase transition cooling diode laser microchannel cooler spray phase transition throttle evaporation 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2799
中国工程物理研究院 应用电子学研究所，绵阳 621900
为了研究Yb∶YAG薄片激光器的性能，采用16通抽运耦合、微通道冷却的方法，对薄片的优化厚度、热力学特性和激光性能等进行了理论分析，利用直径10mm、厚度为250μm、掺杂原子数分数为0.1的Yb∶YAG薄片进行了实验验证，抽运耦合系统实现了对薄片的16通抽运，在抽运功率为81.9W时，获得了平均功率为24.4W的激光输出，光光转换效率达到了29.8％。结果表明，多通抽运微通道冷却Yb∶YAG激光器可以获得较高的光光转换效率。
激光器 薄片参量优化 微通道冷却器 性能估算 lasers thin disk parameter optimization micro-channel cooler performance evaluation
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
为了提高激光器输出功率, 对研制的铜微通道冷却器性能进行了测试, 分析了其散热能力。设计了一种在软焊料中掺杂金属添加剂的工艺, 有效抑制了晶须生长, 并利用该冷却器和新工艺封装出了连续100 W大功率二极管激光器, 并对封装的器件进行了性能测试。测试结果表明, 封装的连续100 W器件在工作电流105 A时, 输出功率超过了100 W, 中心波长为808.5 nm, 光谱半高宽为2.15 nm, 器件的smile尺寸小于2 μm, 部分值小于0.5 μm。
二极管激光器 封装 smile效应 微通道冷却器 焊料 diode laser packaging smile effect micro-channel cooling solder 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2510
1 重庆师范大学 重庆市高校光学工程重点实验室,重庆 400047
2 重庆师范大学 物理学与信息技术学院,重庆 400047
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130022
4 中国电子科技集团公司第44研究所,重庆 400060
5 蓝雨软件公司,上海 200033
多物理场耦合有限元方法被用来模拟光抽运垂直外腔面发射半导体激光器(OPS-VECSEL)内部的热分布情况,特别对OPS-VECSEL芯片帽层表面与金刚石散热片毛细键合(capillary bond)的情况做了计算。计算表明,在没有金刚石散热片的情况下,从窗口以下首个量子阱到末个量子阱的温差达到150 K;在有金刚石散热片的情况下,器件中各个量子阱的温差很小,其共振波长差只有几纳米;在芯片的分布式布拉格反射镜(DBR)一侧焊接有硅微通道冷却器的情况下,各量子阱间的温差进一步减小,器件性能得到最大改善。模拟计算也表明,在抽运功率不变的情况下,适当增加抽运光的半径,可显著降低器件的热效应,尤其热透镜效应。
激光器 多物理场有限元法 半导体激光器 金刚石片 硅微通道冷却器 热管理
中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
对激光二极管中冷却和界面联接热阻两个关键环节进行了分析,设计了一种五层结构的模块式铜微通道冷却器,对于腔长0.9 mm、宽10 mm的线阵激光器二极管(DL)芯片热阻为0.39℃/W.对冷却器进行了面阵DL封装实验,在工作电流52 A,电压41.4 V时,封装的面阵DL输出功率1005 W,电光效率45%,中心波长807.3 nm,谱宽约2.2 nm.经快轴准直后整个面阵输出激光的发散角小于2°(快轴)×12°(慢轴).
微通道冷却器 激光二极管 封装 micro-channel cooler diode laser packaging
中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
通过对铜微通道冷却器的散热分析,设计出5层结构的模块式铜微通道冷却器.采用常规的线切割工艺加工,散热通道宽大约200μm,深300μm,各层间用真空钎焊的方法组装.该冷却器对于腔长0.6mm、宽10mm的线阵激光二极管芯片热阻为0.58℃/W.通过面阵激光二极管封装实验证明,该冷却器可用于10%占空比工作的面阵激光二极管封装.
微通道冷却器 激光二极管 封装 Micro-channel cooler Laser diode Package
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 绵阳 621900
2 浙江大学光电信息工程学系光电子技术所, 杭州 310027
研究了高功率二极管激光器芯片焊接工艺和铜微通道冷却器技术, 针对不同应用需求,分别设计了背冷式及微通道冷却器模块式堆叠封装结构。进行了线阵和堆叠封装实验,并给出了实验测试结果。
二极管激光 线阵 堆叠 封装 铜微通道冷却器
