兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240691-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0691
张赫天1, 曾雅琴1,*(), 孙世岩1, 陈忠2, 王亮1
收稿日期:
2024-08-13
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Hetian1, ZENG Yaqin1,*(), SUN Shiyan1, CHEN Zhong2, WANG Liang1
Received:
2024-08-13
Online:
2025-05-07
摘要:
连续激光辐照下,强光元件的表面吸收率是导致其异常温升的主要因素。研究发现,强光元件的表面吸收率受多种因素影响,呈现非线性变化。为此提出等效表面吸收率的概念,用于表征强光元件对激光的综合吸收性能。首先建立高斯连续激光辐照强光元件的有限元模型,用于模拟激光辐照下强光元件的温升过程。搭建激光辐照效应试验系统,对强光元件的表面吸收率、表面形貌和表面中心点温升过程进行测试、试验与分析,试验结果验证了所建模型的正确性。根据试验结果修正了模型参数,获得了强光元件对激光的等效表面吸收率。研究结果表明:与实测表面吸收率相比,等效表面吸收率仿真误差更小、精度更高。研究结果可为强光元件的状态监测和污染物防控提供参考。
中图分类号:
张赫天, 曾雅琴, 孙世岩, 陈忠, 王亮. 基于表面吸收率的强光元件温升仿真与试验研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240691-.
ZHANG Hetian, ZENG Yaqin, SUN Shiyan, CHEN Zhong, WANG Liang. Simulation and Experimental Research on the Temperature Rise of Optical Elements Based on Surface Absorptivity[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240691-.
参数 | 参数 | ||
---|---|---|---|
ZrO2 | SiO2 | 熔石英 | |
热导率k/(W·cm-1·K-1) | 0.0178 | 0.013 | 0.0138 |
密度ρ/(g·m-3) | 5.58 | 2.32 | 2.20 |
比热容C/(J·g-1·K-1) | 0.474 | 0.35 | 0.703 |
熔点Tm/K | 2680 | 1973 | 1730 |
表1 强光元件材料的热物性参数[24-25]
Table 1 Thermophysical parameters of optical element material[24-25]
参数 | 参数 | ||
---|---|---|---|
ZrO2 | SiO2 | 熔石英 | |
热导率k/(W·cm-1·K-1) | 0.0178 | 0.013 | 0.0138 |
密度ρ/(g·m-3) | 5.58 | 2.32 | 2.20 |
比热容C/(J·g-1·K-1) | 0.474 | 0.35 | 0.703 |
熔点Tm/K | 2680 | 1973 | 1730 |
功率挡位 | 光斑半径r0/mm | 激光功率密度I0/(kW·cm-2) |
---|---|---|
探测光 | 1 | 2 |
试验光 | 1 | 255 |
表2 激光参数
Table 2 Laser parameters
功率挡位 | 光斑半径r0/mm | 激光功率密度I0/(kW·cm-2) |
---|---|---|
探测光 | 1 | 2 |
试验光 | 1 | 255 |
参数 | 无污染镜片 | 有污染镜片 | ||
---|---|---|---|---|
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | |
最大表面吸收率 Amax/10-6 | 40.92 | 87.32 | 124.68 | 144281.04 |
平均表面吸收率 Aavg/10-6 | 7.12 | 5.07 | 7.26 | 23353.69 |
Amax/Aavg | 5.75 | 17.23 | 17.17 | 6.18 |
表3 不同镜片的表面吸收率分布
Table 3 Surface absorptivity distribution of different lenses
参数 | 无污染镜片 | 有污染镜片 | ||
---|---|---|---|---|
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | |
最大表面吸收率 Amax/10-6 | 40.92 | 87.32 | 124.68 | 144281.04 |
平均表面吸收率 Aavg/10-6 | 7.12 | 5.07 | 7.26 | 23353.69 |
Amax/Aavg | 5.75 | 17.23 | 17.17 | 6.18 |
参数 | 无污染镜片 | 有污染镜片 | |
---|---|---|---|
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | |
θAavg | 0.20 | 0.25 | 4.02 |
θAt | 0.03 | 0.03 | 0.04 |
表4 不同镜片的仿真数据和试验数据之间的误差
Table 4 Error between simulated data and experimental data of different lenses%
参数 | 无污染镜片 | 有污染镜片 | |
---|---|---|---|
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | |
θAavg | 0.20 | 0.25 | 4.02 |
θAt | 0.03 | 0.03 | 0.04 |
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