Разработка системы охлаждения твердотельного лазера с накачкой светодиодными матрицами

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                  5

1 СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С  

ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ             7

1.1 Твердотельные лазеры с диодной накачкой                  7

1.2 Активные элементы лазера                  9

1.3 Лазерные диоды                10

1.3.1 Лазеры на двойной гетереструктуре                12

1.3.2 Диоды с квантовыми ямами                        13

1.3.3 Гетероструктурные лазеры с раздельным удержанием                13

1.3.4 Лазеры с распределенной обратной связью                17

1.4 Конструкции лазеров с диодной накачкой                15

1.5  Применение лазерных диодов         17

1.6 Воздушные системы охлаждения лазеров        18

2 ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОВОМУ РЕЖИМУ ЛАЗЕРА                19

2.1 Характеристика теплоносителя системы термостабилизации                19

2.2 Системы термостабилизации лазера с накачкой лазерными диодами                20

2.2.1 Система охлаждения лазера        24

2.2.2  Сравнение термоэлектрических охлаждающих устройств с другими способами охлаждения        25

3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА                27

3.1 Расчет тепловой проводимости от основания радиатора к воздуху                29

3.2 Расчет тепловой проводимости от активного элемента к основанию радиатора                32

3.3 Расчет перепада температур по радиусу активного элемента                34

3.4 Расчет температуры поверхности активного элемента                34

3.5 Расчет температуры в центре активного элемента лазера                35

3.6 Расчет проводимости от основания радиатора к корпусу матрицы лазерных диодов                35

3.7 Расчет температур элементов лазера                36

3.7.1 Расчет температуры основания радиатора                36

3.7.2 Расчет температуры матрицы лазерных диодов                37

4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА                38

5 ТЕПЛОВАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ                41

5.1 Тепловая модель термоэлектрической системы                41

5.2 Математическая модель термоэлектрической системы                43

6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ                47

6.1 Описание экспериментальной установки                47

6.2 Результаты экспериментов                48

7 Практическое использование оптических квантовых генераторов        53

7.1 Применение лазерного луча в промышленности и технике        54

7.2 Применение лазеров в медицине        56

7.2.1 Лазер в офтальмологии        56

7.3 лазер в вычислительной технике        57

7.3.1 Лазерные технологии – средство записи и обработка информации        57

7.3.2 Лазерный принтер        57

7.3.3 Оптическая цифровая память        59

7.3.4 Лазерная связь и локация        59

8 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ С ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ        60

8.1 Требования к помещениям кабинетов, мастерских        61                

8.2 Электрическая сеть        61

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                63

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ                64

ПРИЛОЖЕНИЕ                

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ЭРИ- электрорадиоизделия

СОТР- система обеспечения теплового режима

ДГС -диод с двойной гетероструктурой

РОС - распределённая обратная связь

ММ – математическая модель

СО – система охлаждения

РЭА – радиоэлектронный аппарат

Ф – мощность тепловыделений, Вт

Т – температура, К

R – тепловое сопротивление , К/ВТ

Rk  –  контактное сопротивление, К/Вт

υ – перегрев, К