回流式水冷超薄多层镜的研究

从理论和实验上讨论了水冷铜镜变形的规律，从而设计出多种多层镜，其中回流式多层镜在０．１３ＭＰａ通水压力下净吸收８６．９Ｗ激光功率时，总变形仅０．１０μｍ，约为同等条件下普通水冷铜镜变形量的１／４０。

高功率CO_2激光器输出光束模式稳定性的研究

本文描述了横流CO_2激光器输出光束模式稳定性的影响因素,报导了采用8803型复合催化剂前后2kW CO_2激光器输出光束模式图样。

低N_(eq)非稳腔δ选取的理论与实验研究

本文描述了低等效菲涅耳数N_(cq)非稳腔输出耦合率δ的衍射理论分析方法,给出了HCL—84型5kW CO_2激光器单通道和双通道正支共焦非稳腔衍射输出耦合率δ衍的实验结果,讨论了非稳腔δ衍选取中值得注意的几个问题。

激光辐照下固体材料的温度分布理论研究

考虑到有限厚介质的表面热对流,利用格林函数方法理论计算了强激光作用下介质材料的3维温度分布,给出了温升与材料尺寸的关系式及其关系曲线。以单晶硅材料为例进行了模拟计算,结果表明:温升不仅与材料本身的性质(热容,热导率,密度)密切相关,而且还与材料的吸收系数,激光加热参数(功率密度,能量分布,光斑大小,作用时间),以及对流换热系数有关。在激光照射的初始阶段,材料表面温度迅速增加;其后,随着激光照射时间的增加,温度增加量逐步变缓。

TEA CO_2激光器几种放电电极的比较

从均匀场电极理论出发,计算并讨论了近似Rogowski电极、Chang电极(含紧凑式Chang电极)和Ernst电极的形状、理论电场分布和实际电场分布。对实验室所用的几种电极进行了脉冲放电实验,从而获得了TEA CO2激光器的放电参数与输出特性,并对这些结果进行了比较和分析。计算表明,在基本参数相同的情况下,Ernst电极具有最紧凑的外形和最佳的均匀电场分布。实验表明,采用近似Rogowski电极的TEACO2激光器具有最大放电辉光范围和44 kV的最小放电击穿电压;采用Ernst电极的TEA CO2激光器具有25 J的最高单脉冲能量和最大17.2%的斜率效率。最后提出了TEA CO2激光器主电极的选择建议。

同轴引射强激光气动输出窗口实验研究

给出的同轴引射加抽气联合式气动窗口 ,采用环形喷嘴可调喉道面积和在腔室内装配有带节流小孔的多孔板结构 ,并在对该窗口进行实验研究的基础上 ,报导了最近的工作 ,研制成功全自动远程操作控制系统 ,实现了阀门开度随气瓶内压力变化而自我迅速调节的功能 ,保证了气动窗口的密封性能和输出光束的光学质量 ,同时可由单瓶供气实现数十次工作的要求。在最低密封压力为 0 .67k Pa时 ,耗气量为 3 5 g/s,Strehl比达到 0 .98,在高功率氧碘化学激光器上进行了联机试验 。

激光器腔镜夹持方式对热变形的影响

分析了当前大功率激光器腔镜采用的几种夹持方式特点,采用有限元软件计算了腔镜不同夹持方式下的镜面热变形和镜体最大应力,并对两种夹持方式下的应力破坏进行了分析。发现夹持方式对大功率激光器腔镜镜面变形影响很大,镜体边界沿径向固定的压圈法效果优于沿轴向固定的弹性压板法。

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响，给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模，即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔，为获得严格的基模激光振荡，应将这种镜面变形控制在１／２０波长范围内；若镜面变形超过１／１０波长，则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时，高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化，从而影响激光光束质量。

夹持方式对镜面热变形及偏转的影响

在高功率激光辐照下,激光腔镜的夹持方式对热变形和偏转有很大影响。在理论上,采用AN SYS软件计算了硅镜(80mm×12.5mm),在特定辐照条件(100W,40mm、均匀、同轴、5s)下的不同夹持方 式下的热变形,径向固定的热变形镜面峰谷值(0.1093μm)小于轴向固定的热变形峰谷值(0.1388μm),三点 固定的(0.121μm)介于二者之间。在实验上,硅镜(75mm×12.5mm)在特定辐照条件(100W、光斑椭圆17 mm×20mm,5s)下,压圈法(径向固定)的热变形为0.32μm,镜面倾斜角为0.63μrad;压板法(轴向固定)的 热变形0.49μm,镜面倾斜角为0.28μrad。当采用三点锥孔定位法时,通过干涉条纹可发现镜面偏转减少。

用于激光推进的高功率激光器的选择

从激光推进的要求出发,阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则,即激光器必须满足:(1)高的平均功率和峰值功率;(2)高的单脉冲能量;(3)高的重复频率;(4)优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO2激光器的特点,通过上述4个方面性能的比较,认为在目前水平下,TEA脉冲CO2激光器是进行激光推进的首选强激光源,其优点表现在:功率可达10kW量级,单脉冲能量可达0.5～1kJ,重复频率为20～40Hz;激光波长处于大气传输窗口,对大气变化不敏感;工作物质快速流动,不存在热透镜效应和破坏阈值;相关光学元件易于制造;光束质量较好;运行成本低。

高功率激光反射镜热畸变补偿结构设计与仿真

为了研究激光反射镜热畸变补偿结构的设计,在分析激光腔镜热变形行为的基础上,采用优化镜体结构,提出了一种减少入射激光光斑区域镜面热畸变的途径——热畸变自补偿激光反射镜,并与普通硅镜的热变形情况进行了比较。结果表明,当反射镜反射率为98%、入射激光功率为7kW、激光照射时间分别为2s,4s和10s时,普通硅镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.167μm,0.174μm和0.172μm;而热畸变自补偿激光反射镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.092μm,0.052μm和0.027μm。该研究结果对提高高能激光腔镜热效应稳定性、改善高能激光光束质量具有一定参考价值。

高功率激光器窗口热变形分析的有限元方法

建立了窗口热变形的非稳态数学模型，采用有限元法计算了普通石英窗口和中心冷却窗口在激光照射下的温度场分布和热变形，在净吸收功率５０Ｗ的相同条件下，普通石英窗口最大热变形为２．４μｍ，中央冷却窗口为１．２μｍ，计算结果与实验数据相符。

非均匀光斑导致相变镜镜面偏转的研究

针对高功率激光器中非均匀光斑热致变形导致光轴偏转的问题,提出用相变致冷镜作为腔镜来减小镜面变形峰谷值和角向偏转,在2kW连续二氧化碳激光器上进行了热变形和光束漂移实验。实验表明,与普通实心硅镜相比,相变致冷镜镜面温度分布更均匀,可有效地减小镜面偏转角和光斑中心漂移,提高远场光束质量。

半导体致冷复合相变硅镜光照热有限元模拟

为克服高能激光用相变致冷镜两次出光时间间隔长的缺点,设计了一种新型半导体致冷复合相变硅镜,并采用ANSYS有限元程序模拟了实心硅镜、相变镜和半导体致冷镜的光照热行为。由最大温度 时间曲线可知,在净吸收热量为 100W、环境温度为 20℃,制冷量为 25W时,半导体致冷复合相变硅镜只需 5s就可使镜体的温度和弹性变形恢复至初始状态。

强激光作用下水冷硅镜沟槽参数的模拟分析

采用ANSYS有限元软件详细地研究了强激光作用下水冷硅镜的沟槽结构对镜面温升和变形峰谷值的影响。结果表明:水冷硅镜的沟槽结构对镜面变形峰谷值有很大的影响。在水流量一定时,沟槽宽度越小,镜面热变形和温升越小;在水流量和沟槽宽度一定时,沟槽越浅,镜面热变形越小,沟槽深度对镜面温升影响不明显。对于水冷镜,沟槽尺寸越小效果越好。对于高功率激光器而言,水冷镜沟槽尺寸一般采用几百μm^1 mm为宜。

焊接接头断裂准则工程化应用方法

针对单参数J积分反映焊接接头断裂场的困难 ,作者提出了一个适合于焊接接头裂端场的J～Q双参数准则。为了更加适合于工程实际应用 ,对双参数准则中的各参量进行了工程简化 ,通过有限元计算表明 ,新的简化方法能够更好地反映焊接接头裂端场的实质 ,并为焊接接头的安全性评定奠定了基础。

相变致冷镜的有限元结构优化

镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果。比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果,并通过一阶非线性优化方法,得到较优的放射状结构:硅基基体外径80mm,厚度12.5mm,光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m2,当其最优沟槽深度为9 9mm,宽度为0.4mm时,光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm。

非均匀增益对激光模式的影响

利用快速傅里叶变换 ( FFT)法对有正支共焦非稳腔、流动增益介质的化学氧碘激光器 ( COIL )与二氧化碳激光器的模场进行了数值模拟 ,在此基础上分析了介质的非均匀增益对激光模式的影响 ,为新的腔型设计和光束质量的改善提供了依据 .

强激光反射镜基体材料的热畸变特性有限元分析

利用有限元方法数值模拟了单晶硅(Si)、铜(Cu)、钨(W)、氧化铍(BeO)等镜体材料的热畸变特 性。结果表明:当入射激光功率为2kW、镜面反射率为93%、光斑直径为17mm、激光照射时间为10s时,四 种材料基板的中心最大热变形分别为0.984,3.32,1.55,1.88μm。相比之下,Si镜的热变形最小,是比较理想 的镜体材料;Cu镜的热变形最大;W和BeO两种材料的镜热变形介于Si镜和Cu镜之间,具有较高的强度和 硬度,抗破坏能力较强。

强激光反射镜体结构对镜面热变形的影响

对于高功率激光器谐振腔反射镜在高能光辐照下的热变形问题,通过对不同镜体结构的热变形的效果分析,说明镜体结构决定了热变形的效果.比较了不同的镜体结构镜面热变形的有限元软件计算结果,得到较优的镜体结构：对于圆形的Si反射镜,去掉光照背面中心区域以外的环形区域有利于减小热变形,环形区域保留5 mm厚比较适宜;光照背面的中心区域的直径大小为40-60 mm比较适宜.结果还表明,通过优化镜体结构的方式对减小镜面热变形是非常有效的.热台架实验结果与数值模拟结果相符.