龙源期刊?/p>
http://www.qikan.com.cn
AnsysWorkbench
在固体激光器设计中的?/p>
?/p>
作者:程小?/p>
来源:《科技资讯?/p>
2018
年第
03
?/p>
?/p>
要:为了更直观理解固体激光器中的热分布,借助
Ansys Workbench
有限元分析软件对
不同厚度板条结构
Nd
?/p>
YAG
晶体的温度分布进行了分析,揭示了
Ansys Workbench
在固体激
光器热分析中的作用,分析结果对固体激光器的设计有重要参考意义?/p>
关键词:
Ansys Workbench
固体激光器
热分?/p>
中图分类号:
TN248.1
文献标识码:
A
文章编号?/p>
1672-3791
?/p>
2018
?/p>
01
?/p>
c
?/p>
-0067-02
尽管近些年光纤激光器、半导体激光器的快速发展使得固体激光器在平均输出功率上的优
势缩小,但在高脉冲能量、高峰值功率上,固体激光器仍然具有明显的优势,使得固体激光器
在科研、医疗和军事等领域有着广泛的应用。热效应是固体激光器设计时必须要优先考虑的问
题,由于量子亏损等原因,在固体激光器中,泵浦光抽运固体激光介质时会产生一定的热,?/p>
了降低激光介质的温度,需要对激光介质表面进行冷却,因此激光介质内部到表面会有一定的
温度差,温差的存在会导致热应力和热致双折射,从而影响固体激光器的效率和光束质量。因
此在设计固体激光器时,必须根据泵浦方式和冷却条件的不同对激光介质进行详细的热分析,
并根据结果选择合理的激光介质尺寸、泵浦和冷却结构。在三维直角坐标系中,激光介质的?/p>
度分布可以由热传导方程来描述,当激光晶体处于热平衡时,热传导方程可以表达成?/p>
?/p>
1
?/p>
其中?/p>
Q
为单位体积内产生的热量,
k
为激光介质的导热系数,再根据冷却条件设置对应
的边界条件,一般常见的边界条件有传导、对流、辐射和隔热。对于一维热分布,我们一般可
以直接根据热传导方程和边界条件计算出温度分布,但当考虑的温度分布大于一维时,用解析
法直接求解热传导方程是比较困难的,所幸计算机技术的快速发展为多维温度分布的计算提?/p>
了较好的方法?/p>
Ansys Workbench
是美?/p>
Ansys
公司研制的大型通用有限元分析软件,利用
Ansys Workbench
,我们可以对材料进行稳态和瞬态热分析。下面将?/p>
Nd
?/p>
YAG
板条激光器
为例,利?/p>
Ansys Workbench
软件分析了不同厚度下板条晶体的温度分布?/p>
Ansys Workbench
分析激光介质热分布分成以下几个步骤:(
1
)建模:可以?/p>
Ansys
软件
中建模,也可以导入其他三维软件(
Solidworks
?/p>
Pro/E
等)中的模型;(
2
)材料属性设置:
设置激光介质的热导率、弹性模量等参数;(
3
)网格划分:划分约精细,结果越准确,但所
需计算时间也越长;?/p>
4
)加热载:在晶体内部加入热载,并根据冷却方式确定边界条件?/p>
5
结果后处理?/p>