某型光纖激光器有限元熱分析與改進設計研究.pdf

1、光纖激光器因具有光束質量好、轉換效率高等優(yōu)點而獲得越來越廣泛的應用。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上分別建立了光纖激光器的泵浦源、光學模塊和電源模塊的初步模型。設計并完成了物理試驗測試，校核修正模型，確定各類物理邊界條件和參數，獲得準確合理的有限元熱分析模型。仿真計算結果與物理試驗數據

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

3、了依據。
　　在熱特性規(guī)律分析基礎上，對泵浦源散熱結構進行了研究，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。通過合理改進設計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，功率元件的熱串擾也是很嚴重的問題，針對電源模塊提出了兩大類