ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Динамика температурных искажений из "Лазеры на неодимовом стекле " Динамика температурных искажений. Устанавливающееся в каждый данный момент времени распределение температуры в активном элементе определяется конкуренцией двух факторов. [c.119] Второй фактор — тепловая релаксация. Время тепловой релаксации сильно зависит от геометрических размеров активного элемента, теплопроводности материала и условий охлаждения и для лазеров на неодимовом стекле может быть определено с помощью формул 1 табл. 3.1. В силу невысокой теплопроводности стекла даже при интенсивном теплоотводе, когда время тепловой релаксации минимально, оно все же составляет для типичных размеров активных элементов диаметром 5—-50 мм довольно значительную величину в десятки и сотни секунд. [c.119] Теплоотвод от активных элементов обычно производится в направлении, соответствующем минимальному характерному размеру (радиально—-для цилиндра, по толщине—-для пластины). В первом приближении распределение тепловыделения и условия охлаждения принимаются однородными по большим размерам (длине, ширине), а теплофизические параметры материала считаются не зависящими от температуры (для стекла последнее справедливо в диапазоне 7=250—400 К). [c.120] Процессы отвода тепла через поверхность элемента [6, 7] зависят от соотношения между внутренним и внешним термическим сопротивлениями и характеризуются безразмерным параметром, так называемым критерием Био Ъ =к сИА , где д. — характерный размер охлаждаемого тела (у нас далее — радиус цилиндра Н либо половина толщины пластины И2) — коэффициент теплопередачи в Вт/(см -К) — теплопроводность в Вт/(см-К). В том случае, когда внутреннее термическое сопротивление значительно больше внешнего (В 10), охлаждаемую поверхность мож ю считать находящейся нри постоянной температуре. [c.120] На практике наиболее часто встречаются следующие тепловые режимы. [c.120] После окончания импульса накачки происходит выравнивание температуры в объеме элемента и его охлаждение до первоначальной температуры Тр. [c.121] Близкими к режиму одиночных вспышек являются тепловые процессы в режиме тепловой изоляции [8] в ряде случаев, когда цикл работы лазера состоит из малого числа импульсов, теплообмен на боковой поверхности устраняют. За цикл работы элемент как целое нагревается, но перепады температуры внутри него остаются минимальными и определяются, как и в режиме одиночных вспышек, неоднородностями накачки. [c.121] Частотно-импулы ный режим. Интенсивное жидкостное охлаждение. В том случае, когда следующий импульс накачки производится до того, как успеет произойти выравнивание (релаксация) температуры, после окончания этого импульса температурное поле будет определяться суперпозицией составляющих, отвечающих распределению источников тепла и релаксационному температурному полю. При поступлении последующих импульсов накачки относительный вклад релаксационного поля в результирующее температурное распределение становится все большим и установившийся профиль температуры весьма сильно отличается от распределения источников тепла, а температурные перепады значительно превосходят те, которые обусловлены лишь неравномерностью накачки в режиме одиночных вспышек. После выхода на квазистационарный режим в каждом последующем импульсе температурное поле воспроизводится. [c.121] Ряд характеристик теплового режима активных элементов приведен в табл. 3.1. [c.121] В стационарном режиме при равномерном объемном тепловыделении распределение температуры Т ( ) является параболическим, при неравномерном — отклоняется от квадратичного закона. Практически всегда при конструировании систем накачки стремятся к созданию равномерного по сечению освечивания, поэтому эти отклонения, как правило, невелики [4]. [c.121] Перепад температуры внутри элемента зависит лишь от теплопроводности материала, в то время как перепад температуры между поверхностью и хладагентом определяется и 1тенсивиостью охлаждения. [c.121] Градиент температуры практически не меняет направления на всем поперечном сечении активного элемента и ориентирован по оси лампа — активный элемент . Из-за малой величины В , реализующейся даже при весьма больших скоростях протока газов, в системах охлаждения при этом коэффициент теплоотдачи не превосходит, как правило, величины Лт=150—200 Вт/(м -К), а величины В1, как правило, равны для кварца (колба лампы)—0,15, для стекла — 0,5, эффективность теплосъема относительно невелика, и нагрев элементов системы пакачки лишь незначительно меньше, чем при естественной конвекции. [c.122] Для уменьшения перепада температуры в элементах в таких системах накачки их окружают неподвижной или вращающейся оболочкой, прозрачной для излучения накачки, замыкающей тепловой поток вокруг активного элемента (см., например, [9]), либо приводят элемент во вращение, усредняя тем самым температуру в его поперечном сечении [10]. Отметим, что идея механического движения активного элемента для уменьшения его нагрева в последнее время возродилась при разработке лазера на неодимовом стекле большой средней мощности (11]. [c.122] Вернуться к основной статье