谐振腔状态对高功率Nd:YAG脉冲固体激光器光束指向稳定性的影响

针对评估高功率固体激光器光束指向角不稳定性的需求,构建了考虑热分布和增益分布的激光光场数值计算模型,分析了谐振腔输出镜和反射镜失谐程度对光束指向稳定性的影响。定义了腔镜转动微扰因子和腔镜移动微扰因子,分别描述腔镜平行失谐和共轴失谐的程度,并在谐振腔光场计算中引入了微扰因子、热效应调制和增益调制。利用该方法研究了高功率Nd:YAG固体激光器在腔镜失谐状态下,谐振腔参数对光束指向稳定性的影响。抽运功率为10000 W,腔镜转动微扰因子和腔镜移动微扰因子分别在1×10^(−4)~50×10^(−4)和1×10^(-7)~50×10^(-7)范围内变化时,激光束指向偏移角均方根值在抽运脉冲时间内的波动范围为1×10^(-6)rad~5×10^(-3)rad。

大功率压裂泵液力端发展趋势及关键技术研究

随着非常规油气井开发难度的增加,“大功率、超高压、大排量、连续施工”的压裂作业时,对大功率压裂泵液力端的使用寿命要求越来越高。研发长寿命液力端及其易损件,对于解决大型压裂作业连续性,降低工程成本和劳动强度具有重要意义。介绍了国内外大功率压裂作业装备及压裂泵技术发展情况,分析并阐述了国内外压裂泵液力端的阀箱、泵阀及盘根密封技术现状;通过对超深层、大规模连续压裂施工作业下的液力端适应性不足的分析,提出了大功率压裂泵液力端发展趋势;基于有限元仿真分析,开展了液力端关键件结构优化、材料优选、工艺改进等技术研究及产品研制。现场应用表明:长寿命液力端阀箱寿命提升400~600 h、长寿命泵阀寿命提升近1倍,高性能盘根寿命提升2倍以上。研究结果可为大功率压裂泵液力端技术迭代升级和发展提供参考。

国内某抽水蓄能电站发电电动机通风系统改造

国内某抽水蓄能电站发电电动机定子绕组端部通风冷却效果不佳,温升偏高,长时间运行会引起线棒绝缘加速老化。笔者对定子绕组端部温升偏高的原因进行分析,提出通风系统改造方案,并采用经典网络法和CFD流体解析法对通风系统改造方案进行分析。试验结果表明,改造后定子绕组端部温升大幅下降,改造效果显著。该改造实践结果可为类似机组通风系统设计提供一些借鉴。

109.5W输出1.94μm波长Tm:YAP固体激光器

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置,采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质,使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦,当增益介质冷却温度为20℃,LD总泵浦功率为301.4 W时,获得了最高109.5 W的1.94μm波长线偏振激光输出,光-光转换效率约为36.3%,斜率效率约为45.8%,在此输出功率条件下测得光束质量M^2因子为3.8。

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb3+双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M2<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。

激光二极管端面泵浦多段复合板条激光器热效应

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质,提出了两种选取掺杂浓度的方法,并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明,与单一掺杂浓度板条增益介质相比,采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力,从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率,有利于激光器的功率升级.

高重频高峰值功率窄线宽激光放大器

高重复频率、高峰值功率、窄线宽的激光在激光雷达领域具有重要的应用价值。在对高重频窄线宽激光进行放大时,为了同时实现高放大倍率与高光束质量激光输出,在高重频、窄线宽被动调Q激光器作为种子源的前提下,设计了利用888 nm半导体激光端面泵浦Nd:YVO_4块状晶体实现高增益的一级放大,808 nm半导体激光侧面泵浦Nd:YVO_4板条晶体实现低热透镜效应的二级放大的方案。在重复频率10 kHz时,获得了峰值功率5 MW,线宽154 pm,脉冲宽度0.6 ns,平均功率31.5 W,光束质量M^2为1.98的激光输出。从而验证了将高放大倍率与高光束质量分别控制的放大器设计思路。

基于可靠性分析与状态监测的钻井泵剩余工作寿命预测

在对大量同类钻井泵的大修间隔时间数据进行概率统计分析的基础上,求得与钻井泵的运行可靠度相关的特征参数,在宏观上提供钻井泵寿命预测的依据。动力端中情况最差的轴承的寿命可代表钻井泵的寿命,所以将状态监测所得的经优选的各域振动信息作为神经网络系统的模糊输入向量,通过径向基神经网络求出轴承的故障隶属度,作为轴承理论寿命计算公式的修正系数,由此解决钻井泵剩余工作寿命的预测问题,进而获得钻井泵剩余工作寿命。实际预测结果证明了预测方法的科学性和合理性。

激光二极管端面泵浦Nd：YVO_4板条激光器

利用激光二极管列阵端面泵浦Nd:YVO4板条激光晶体结合稳定-非稳混合腔结构,获得78.9 W近衍射极限1064 nm激光输出,斜效率52.4%,光-光转化效率42.9%.

蒲石河抽水蓄能电站上水库裂隙岩体渗透张量的确定

本文提出了一种既能反映裂隙岩体的渗透特性,又相对准确的确定裂隙岩体渗透张量的方法。首先通过裂隙在空间展布状况的测量,用统计学方法初步确定裂隙岩体的渗透张量,获得渗透主值及主方向,然后根据野外压水试验得到的岩体透水率,利用巴布什金公式计算各试段岩体的渗透系数,求出修正系数,从而得到研究区裂隙岩体的修正渗透张量。并运用上述方法对蒲石河抽水蓄能电站上水库坝址区裂隙岩体的渗透张量进行了计算。结果表明,该方法能较好地刻画裂隙岩体渗透性的各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。

回龙抽水蓄能电站上库岩体三维渗流分析

回龙抽水蓄能电站上库位于花岗岩分布区 ,发育有数条断层和多组裂隙 ,地表风化作用较强 ,岩体渗透性变化较大。在工程设计中考虑混凝土铺盖和帷幕灌浆两种防渗措施 ,但沿断层的铺盖宽度和防渗帷幕深度应如何确定以及哪种防渗方式为佳 ,这些都取决于岩体渗流特点和渗漏量变化。为此 ,通过岩体三维渗流计算 ,对库盆区的渗流场和渗漏量变化特征进行了详细分析 。

掺镱全光纤激光器研究

依据速率方程和边界条件,对高功率多点抽运全光纤激光器进行了研究.通过自制的级联侧面泵浦耦合器搭建全光纤激光器,级联耦合器的单点泵浦效率为96%,泵浦传输损耗为10%,信号光损耗分别是0.18dB和0.87dB;线性谐振腔结构中:前向抽运的光-光转换效率为69%,低于后向抽运中70%的光-光转换效率,与理论分析一致;双向泵浦方式中,在单臂输入975nm泵浦功率为110 W的条件下,激光功率输出为311 W,中心波长为1 080nm,光谱宽度为1.6nm,光-光转换效率为70%,光束质量约为1.3.激光器性能稳定,若增加单臂泵浦功率或级联泵浦耦合器个数,可获得更高功率的激光输出.

LD双端端面泵浦的高功率连续单频Nd:YVO_4激光器

研制了高功率连续单频Nd:YVO4激光器。在考虑激光晶体因吸收泵浦光而产生的热透镜效应的基础上,设计了六镜环行激光谐振腔,采用两个光纤耦合输出的高功率激光二极管双端端面泵浦结构,在总泵浦功率为32.3W的情况下,得到10.4W的单频1.064μm红外输出,斜效率为43.7%,长期功率稳定性优于1%(4h),激光器自由运转时的频率漂移小于150MHz(1min)。

一种新型泥浆泵动力端的设计及运动仿真

针对目前三缸泥浆泵曲轴多采用2支撑结构,曲轴支撑之间跨度大,刚度小,导致曲轴直径过大、动力端质量大、曲轴轴承受载情况恶劣等问题,从改善曲轴受力、降低动力端总体质量的角度,对泥浆泵动力端结构进行了改进。在曲轴连杆连接处采用特殊的轴承连接,将曲轴的2支撑结构改为4支撑结构,从而在曲轴长度不变的情况下,使其受力情况得到改善,曲轴直径和曲拐处直径大大减小,动力端的总质量也大大降低。利用Pro/E软件进行动力学仿真,验证了设计结构,证实了该结构设计能够满足设计要求。

五缸压裂泵动力端动力学研究

五缸压裂泵动力端承受复杂周期性变化载荷作用,对传动齿轮、曲轴、箱体等关键零部件作用力进行分析与研究是压裂泵设计的基础及关键环节。构建了压裂泵动力端动力学方程数学模型,基于压裂泵力学分析流程和对单缸曲柄滑块机构的分析结果,采用"分段均摊法"解决多支承曲轴超静定问题,求解了齿轮驱动力、曲轴支承反力等关键作用力,为压裂泵优化设计及动力学特性研究提供理论依据。

腔型结构对LD端面泵浦Nd:YAG激光器输出特性的影响

在腔长为 2 47mm的LD端面泵浦Nd :YAG激光器的谐振腔中加入一片凸透镜 ,改变腔型结构 ,发现输出功率由 0 .3 5W增至 1.19W ,M2 因子由 1.0 9增至 2 .6,阈值功率由 2 .78W降至 0 .68W ,与腔长为 2 0mm的谐振腔阈值功率相同。分析表明 ,由于透镜的变换作用 ,使得泵浦端面上振荡光斑与泵浦光斑的比例发生变化 ,在晶体后端面处泵浦光斑确定的情况下 ,激光器的输出功率和阈值功率主要取决于该处的振荡光斑大小 。

泵浦光的离轴对激光器性能影响

利用光纤耦合激光二极管端面泵浦固体激光器,研究了在近阈值条件下,泵浦光偏离振荡光谐振腔轴线距离的变化对激光器输出模式、阈值功率、斜效率和光束质量的影响.实验结果表明,当泵浦光相对振荡光谐振腔轴线的偏离量增加时,激光振荡阈值、斜效率和光束质量因子将增大;激光输出模式从低阶向高阶厄米 高斯模转变,并且在相同的泵浦光偏离位置下,随着泵浦光电流的增大,晶体热效应显著,模式竞争加剧,会出现高阶向低阶厄米 高斯模的转变.

拟柱面激光二极管阵列端面泵浦方式提高固体激光器性能

就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式:激光二极管阵列拟柱面排布,即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列,圆弧的圆心在增益介质的几何中心,其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明:这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活,当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时,在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率;当增益介质紧贴导管输出放置时,3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布;当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时,能获得更好的耦合效果。

高功率列阵式二极管激光器纵向泵浦的几种聚光方法及性能比较

本文介绍了四种适用于高功率列阵式二极管激光器纵向泵浦的聚光方法，并对它们的聚光性能进行了比较。

脆性页岩网络裂缝中支撑剂的沉降特性

与常规砂岩储层压裂形成的双翼平面裂缝不同,脆性页岩储层压裂形成的是网络裂缝。因影响网络裂缝与双翼裂缝中支撑剂沉降的因素不同,故通过理论公式推导、计算结果与现场数据验证的方式,研究了脆性页岩网络裂缝中支撑剂的沉降特性。结果表明,支撑剂颗粒沉降达到收尾速度的时间极短,网络裂缝中支撑剂的实际沉降幅度远远小于理论计算结果;网络裂缝中支撑剂沉降主要受网络裂缝复杂程度和页岩复合层理效应的影响,受携砂液体粘度的影响较小。在脆性页岩中,压裂后支撑剂回流是影响压裂缝高和裂缝导流能力的主要因素。压裂后,采用类似常规储层的快速放喷和强制闭合技术,会加大裂缝中支撑剂回流造成的导流能力损失,极端情况下甚至会使支撑剂全部回流,导致压裂裂缝闭合成为无效裂缝,最终影响脆性页岩储层压裂后的产量。长时间停泵可减少支撑剂回流,有利于保持裂缝的有效导流能力。