某型光纖激光器有限元熱分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、光纖激光器因具有光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。熱是制約光纖激光器功率提高的重要因素，熱對光纖激光器的光束質(zhì)量、效率、可靠性等也有顯著影響，對大功率光纖激光器的熱分析研究具有重要意義。
　　本文采用有限元法在合理簡化處理的基礎(chǔ)上分別建立了光纖激光器的泵浦源、光學(xué)模塊和電源模塊的初步模型。設(shè)計(jì)并完成了物理試驗(yàn)測試，校核修正模型，確定各類物理邊界條件和參數(shù)，獲得準(zhǔn)確合理的有限元熱分析模型。仿真計(jì)算結(jié)果與物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2、達(dá)到高度一致性，最大誤差不超過10％。
　　利用建立的有限元模型，對泵浦源進(jìn)行了熱-結(jié)構(gòu)變形耦合分析研究，研究了其溫度場分布、熱特性規(guī)律和熱引起的結(jié)構(gòu)變形及熱應(yīng)力分布情況。對光學(xué)模塊、電學(xué)模塊進(jìn)行了熱特性分析，詳細(xì)研究了不同工況下，重要部件的溫度變化規(guī)律，整場溫度分布的特點(diǎn)，以及不同外界環(huán)境溫度與最高溫度之間的關(guān)系。分析計(jì)算了在無冷卻措施的兩種工況下，泵浦源和光學(xué)模塊在不同環(huán)境溫度條件下恢復(fù)初溫的理論時(shí)間，為散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)提供

3、了依據(jù)。
　　在熱特性規(guī)律分析基礎(chǔ)上，對泵浦源散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了基板和銅熱沉尺寸與芯片最高溫度之間的關(guān)系。其中，增大基板寬度和減薄基板厚度對改善芯片散熱效果最顯著，基板長度變化對芯片溫度影響極小。銅熱沉底座尺寸的變化對于芯片溫度影響也很有限。通過合理改進(jìn)設(shè)計(jì)基板和銅熱沉的尺寸，芯片最高溫度下降了3℃以上，優(yōu)化效果良好。
　　水冷措施是電源模塊散熱的決定性因素，功率元件的熱串?dāng)_也是很嚴(yán)重的問題，針對電源模塊提出了兩大類