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大功率CO2激光器输出窗口热性能分析

张阔 陈飞 李若斓 杨贵龙

张阔, 陈飞, 李若斓, 杨贵龙. 大功率CO2激光器输出窗口热性能分析[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 205005-0205005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
引用本文: 张阔, 陈飞, 李若斓, 杨贵龙. 大功率CO2激光器输出窗口热性能分析[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(2): 205005-0205005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
Zhang Kuo, Chen Fei, Li Ruolan, Yang Guilong. Analysis on thermal performance of output window in high power CO2 laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 205005-0205005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
Citation: Zhang Kuo, Chen Fei, Li Ruolan, Yang Guilong. Analysis on thermal performance of output window in high power CO2 laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(2): 205005-0205005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0205005

大功率CO2激光器输出窗口热性能分析

doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
基金项目: 

激光与物质相互作用国家重点实验室自主研究课题(SKLLIM1413)

详细信息
    作者简介:

    张阔(1984-),男,助理研究员,博士,主要从事高功率激光器方面的研究。Email:zhangkuo1104@163.com

  • 中图分类号: TN248.2

Analysis on thermal performance of output window in high power CO2 laser

  • 摘要: 为了研究大功率CO2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题,建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先,针对大功率CO2激光特点,讨论了输出窗口材料GaAs和ZnSe的物理特性。然后,基于10 kW级大功率CO2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性,建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后,利用COMSOL软件对该模型进行求解,得到以GaAs和ZnSe为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布,并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明:在10 kW级激光作用下,ZnSe窗口温升小于GaAs窗口;两种输出窗口产生m量级热变形;由于GaAs材料的热导率高,GaAs窗口的热变形和热应力分布更为均匀。
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-05
  • 修回日期:  2016-07-07
  • 刊出日期:  2017-02-25

大功率CO2激光器输出窗口热性能分析

doi: 10.3788/IRLA201645.0205005
    作者简介:

    张阔(1984-),男,助理研究员,博士,主要从事高功率激光器方面的研究。Email:zhangkuo1104@163.com

基金项目:

激光与物质相互作用国家重点实验室自主研究课题(SKLLIM1413)

  • 中图分类号: TN248.2

摘要: 为了研究大功率CO2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题,建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先,针对大功率CO2激光特点,讨论了输出窗口材料GaAs和ZnSe的物理特性。然后,基于10 kW级大功率CO2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性,建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后,利用COMSOL软件对该模型进行求解,得到以GaAs和ZnSe为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布,并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明:在10 kW级激光作用下,ZnSe窗口温升小于GaAs窗口;两种输出窗口产生m量级热变形;由于GaAs材料的热导率高,GaAs窗口的热变形和热应力分布更为均匀。

English Abstract

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