CN112782822A - 一种激光通道冷却结构及冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光通道冷却结构及冷却方法，该激光通道冷却结构包括独立的激光通道和冷却通道，冷却通道沿着激光通道外壁设置；激光通道的光束入口端设有进气孔，激光通道的光束出口端设有出气孔；通过冷却通道的进液孔向冷却通道中通入液态冷却介质，通过进气孔向激光通道内通入冷却气体。本发明沿着激光通道外壁设置冷却通道，管壁热边界层有很好的控制作用；本发明采用纵向吹气既有利于排空激光通道中的杂质气体，又有利于减小管道中流场密度分布的不均匀性；本发明将激光通道内吹气冷却与激光通道壁外冷却结合起来，可快速降低通道内气体温度，避免产生气体热效应，从而确保出射光束的质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光系统技术领域，尤其涉及一种激光通道冷却结构及冷却方法。
背景技术
随着航空航天、激光通信、战略防卫的要求不断提高，激光系统朝着更高功率方向发展。但是，随着激光功率的不断增大，激光通道内气体吸收热量，冷热空气之间形成强制对流，造成流场密度分布不均匀。同时，由于镜筒内部吸收的热量不易散发，在激光通道壁附近形成热边界层，致使同一圆截面上的密度呈阶梯分布。热对流和热边界层最终都会导致介质折射率不均匀，从而对其中传输的光线造成影响，其中，热边界层的影响较大。目前，上述问题已成为制约激光系统向更高功率发展的关键因素。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种激光通道冷却结构及冷却方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种激光通道冷却结构，包括独立的激光通道和冷却通道，所述冷却通道沿着激光通道外壁设置。
进一步的，所述冷却通道包裹在激光通道外。
进一步的，激光通道冷却结构包括光束管和冷却管，光束管设于冷却管内，光束管外壁与冷却管内壁之间构成所述冷却通道。
进一步的，所述激光通道的光束入口端设有进气孔，激光通道的光束出口端设有出气孔，进气孔和出气孔均与激光通道连通。
激光通道冷却结构的冷却方法，通过冷却通道的进液孔向冷却通道中通入液态冷却介质，所述进液孔与光束入口同侧，冷却通道的出液孔与光束出口同侧。
优选地，所述液态冷却介质为水。
进一步的，通过光束入口侧向激光通道内通入冷却气体。
优选地，所述冷却气体为惰性气体或为洁净的空气。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明沿着激光通道外壁设置冷却通道，管壁热边界层有很好的控制作用，可一定程度上提高光束质量；
2，本发明采用纵向吹气既有利于排空激光通道中的杂质气体，减小气体热效应对光束传输的影响，又有利于减小管道中流场密度分布的不均匀性，可一定程度上提高光束质量；
3，本发明将激光通道内吹气冷却与激光通道壁外冷却结合起来，可快速降低通道内气体温度，避免产生气体热效应，从而确保出射光束的质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是本发明的结构示意图；
图2是未采用本发明冷却结构的激光通道内的温度分布图；
图3是采用本发明冷却结构的激光通道内的温度分布图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明公开的激光通道冷却结构，包括独立的激光通道1和冷却通道2，冷却通道2沿着激光通道1外壁设置。激光通道1为激光传输的主要路径，其一端为光束入口，另一端为光束出口。冷却通道2为冷却介质的通道。
本实施方式中冷却通道2包裹在激光通道1外。激光通道冷却结构包括光束管和冷却管，光束管设于冷却管内，光束管外壁与冷却管内壁之间构成冷却通道2，光束管内部构成激光通道1。
激光通道1的光束入口端设有进气孔3，激光通道1的光束出口端设有出气孔4，进气孔3和出气孔4均与激光通道1连通。
冷却气体与传输光束共用一个通道。其中，进气孔3为光束入口端，出气孔4为光束出口端。
激光通道冷却结构的冷却方法，通过冷却通道2的进液孔5向冷却通道2中通入液态冷却介质，通过光束入口侧的进气孔3向激光通道1内通入冷却气体。
进液孔5与光束入口同侧，冷却通道2的出液孔6与光束出口同侧。
本实施方式中液态冷却介质选用水或制冷后的液体（如液氮）。冷却气体选用惰性气体或为洁净的空气。
冷却管的管径、管长、壁厚等参数，与光束管的参数、激光功率相关。液态冷却介质和冷却气体的温度、流速与激光功率相关。
基于上述激光通道冷却结构及冷却方法，本发明公开一实施例。
实施例一
激光通道1为Z型，直径为1m；冷却管的直径为1.02m。激光通道1同心设于冷却管内。
冷却通道2内介质为水，其进口流速0.5 m/s，出液口为 1atm；激光通道1内通入的冷却气体为纯氮，氮气吸收热量后温度为75℃，其中，进气流速为0.1m/s,出气口为1atm。
通过调节氮气温度和水温，氮气流速和水流速度，可以任意控制激光通道1内的温度分布。
从图2中可以看出，通道内温度分布范围为298.2-347.9℃，特别是在靠近光束入口段，温度梯度更为明显。
从图3中可以看出，通道内温度分布范围为273-339.3℃。相对图2，光束入口段的温度梯度要小得多。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光通道冷却结构，其特征在于：包括独立的激光通道和冷却通道，所述冷却通道沿着激光通道外壁设置。
2.根据权利要求1所述的激光通道冷却结构，其特征在于：所述冷却通道包裹在激光通道外。
3.根据权利要求1所述的激光通道冷却结构，其特征在于：包括光束管和冷却管，光束管设于冷却管内，光束管外壁与冷却管内壁之间构成所述冷却通道。
4.根据权利要求1所述的激光通道冷却结构，其特征在于：所述激光通道的光束入口端设有进气孔，激光通道的光束出口端设有出气孔，进气孔和出气孔均与激光通道连通。
5.如权利要求1-4中任一项所述激光通道冷却结构的冷却方法，其特征在于：通过冷却通道的进液孔向冷却通道中通入液态冷却介质，所述进液孔与光束入口同侧，冷却通道的出液孔与光束出口同侧。
6.根据权利要求5所述的冷却方法，其特征在于：所述液态冷却介质为水。
7.根据权利要求5或6所述的冷却方法，其特征在于：通过光束入口侧向激光通道内通入冷却气体。
8.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却气体为惰性气体。
9.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于：所述冷却气体为洁净的空气。
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| CN202011625829.2A CN112782822A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种激光通道冷却结构及冷却方法 |
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2020
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