红外与激光工程
2024, 53(2): 20230567
中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系,安徽 合肥 230027
为降低激光加热面的最高温度,提升热面温度均匀性,提出一种射流冲击强化表面的综合散热方法。引入兼顾散热和流阻特性的综合评价指标performance evaluation factor(PEC)进行数值研究并与传统微槽道散热特性进行了对比分析。结果表明,降低冲击距离会使冲击区边界层变薄,增大横向流动速度,涡心向中心入口处移动,以此提高换热效率,不仅降低了系统最高温度,而且实现了温度均匀性。经过对比发现无量纲射流冲击距离为0.25时PEC最大,因此该系统最适用于激光热源的散热。此外,热应力与应变分析结果表明,在同种材料的屈服极限下,该系统所能承受的激光热流密度明显高于微槽道冷却系统,换热性能更好、适用性更强。
激光冷却 射流冲击 强化表面 微槽道 综合评价 热应力 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514001
光子学报
2023, 52(12): 1204001
提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明:空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性地中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数(Re)为1 300时,强化传热因子为1.535 4,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。
微通道热沉 穴 肋 热管理 强化传热因子 熵产分析 microchannel heat sink cavity rib thermal management enhanced heat transfer factor entropy generation analysis
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
为了实现高功率半导体激光器连续泵浦源输出,设计一种使用微通道热沉封装多个单管半导体激光器的堆叠结构。基于有限元分析,此结构可以通过辅助热沉和微通道内部圆柱翅片扩展单管半导体激光器的传热渠道,与传统凹槽微通道相比,热传导效果有所增强,优化提出斜翅片结构,控制水流速,调节流体流动从而产生混流效应,进一步改善微通道散热性能,对其封装下的多单管进行功率拟合,理论最大输出功率可达128.75 W,在微通道热沉所需制冷功耗较低的前提下,可以实现多单管半导体激光器连续工作模式下泵浦且满足其散热需求。
半导体激光器 微通道 斜翅片 有限元分析 散热性能 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114005
魏师铎 1,2,3缑永胜 1,2,3,*杨阳 1,2,3冯鹏辉 1,2,3[ ... ]杨懿豪 1,2,3
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
针对行波选通分幅相机超宽画幅驱动需求,基于宽带多节威尔金森脉冲功率合成方法,设计了一款高压驱动脉冲源。基于有限元分析方法,采用仿真软件对脉冲功率合成电路进行了仿真,系统分析了端口驻波比、插入损耗、端口隔离度、幅相一致性等参数。根据仿真分析完成了脉冲功率合成电路研制,验证系统最终能够利用8路峰值电压为1.3 kV左右、脉冲宽度为3.5 ns左右、脉冲前沿在600 ps左右的单路脉冲合成峰值电压超过3.2 kV的高压脉冲,脉冲宽度在3 ns以内,脉冲前沿在600 ps以内。脉冲频谱范围在300 MHz到3 GHz范围内的两路合成效率为83.5%,特定频率下为88%,八路脉冲合成效率为58%,特定频率下可以达到68%。通过该电路合成的高压脉冲可用于驱动宽20 mm、长95 mm、等效阻抗6 Ω左右的微通道板实现选通成像,验证了基于宽带多节威尔金森电路实现脉冲功率合成,提高分幅相机驱动脉冲功率的可行性。目前基于该技术的高压驱动脉冲源已应用于I-MCP1.0型分幅相机。
分幅相机 超宽带脉冲 脉冲耦合 威尔金森功分器 超宽画幅 功率合成 微通道板 Framing camera Ultra-wideband pulse Pulse coupling Wilkinson power divider Super wide frame Power synthesis Microchannel plate
强激光与粒子束
2023, 35(9): 099003
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室,上海 201800
为实现石英玻璃的快速密封焊接,本文提出了一种利用皮秒激光进行两步扫描的焊接方法,首先利用较高能量脉冲快速扫描,在玻璃界面形成初步焊接,再利用较低能量脉冲慢速扫描,扩大熔池体积。在焊接强度和密封性能等方面,将两步扫描焊接与传统单步扫描焊接进行了对比,结果表明:两步扫描焊接样品具有更高的焊接强度(平均剪切强度达到了45 MPa),同时可实现更好的密封效果。为了探究不同间隙宽度下玻璃焊接强度的变化,通过滴加含不同直径SiO2微球的分散液增大玻璃间隙,结果发现两步扫描方法可以对间隙超过27 μm的石英玻璃进行一定强度的焊接(剪切强度为2.4 MPa)。基于此方法,成功实现了石英玻璃的高强度快速密封焊接,并利用单一皮秒激光扫描平台演示了微通道的快速制备和封装。
激光技术 玻璃连接 密封焊接 两步扫描 微通道封装 皮秒激光 中国激光
2023, 50(20): 2002101