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壳体结构对激光器输出功率的仿真及实验研究

冀小刚 张志新 王端 陈燕 鲁飞 付世斌

冀小刚, 张志新, 王端, 陈燕, 鲁飞, 付世斌. 壳体结构对激光器输出功率的仿真及实验研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 59-64. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.009
引用本文: 冀小刚, 张志新, 王端, 陈燕, 鲁飞, 付世斌. 壳体结构对激光器输出功率的仿真及实验研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (11): 59-64. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.009
JI Xiaogang, ZHANG Zhixin, WANG Duan, CHEN Yan, LU Fei, FU Shibin. The simulation and experimental study of the shell structure on laser output power[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 59-64. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.009
Citation: JI Xiaogang, ZHANG Zhixin, WANG Duan, CHEN Yan, LU Fei, FU Shibin. The simulation and experimental study of the shell structure on laser output power[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (11): 59-64. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.009

壳体结构对激光器输出功率的仿真及实验研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.11.009
详细信息
    作者简介:

    冀小刚,男,1996年生,硕士,研究方向为火工品技术。E-mail:347389020@qq.com

    通讯作者:

    王端,男,1973年生,硕士,高工,研究方向为火工品技术。E-mail:wangduan41931@aliyun.com

  • 中图分类号: TN243

The simulation and experimental study of the shell structure on laser output power

  • 摘要: 半导体激光器作为一种精密仪器,壳体结构对激光器工作时输出功率的稳定性至关重要。基于 ANSYS Workbench 软件对壳体进行有限元分析,得到壳体前8阶固有特征频率和相应振型,发现壳体薄弱环节。结合实验验证光路模块安装在壳体薄弱环节与非薄弱环节下,对半导体激光器输出功率的影响。仿真结果表明:壳体振型主要表现为整体与局部变形,薄弱环节主要分布在壳体几何中心位置处。实验结果表明:通过比较壳体不同位置下的实际输出功率,发现壳体薄弱处输出功率最大误差为10%,非薄弱处最大为4%。为后期优化半导体激光器的结构设计与提高其输出功率的稳定性提供参考。

     

  • 图  1  壳体三维模型

    图  2  壳体有限元模型

    图  3  网格无关性验证结果图

    图  4  变形云图

    图  5  模态振型图

    图  6  激光器不同位置下的功率测试

    图  7  测试结果图

    表  1  半导体激光器材料参数

    材料杨氏
    模量/GPa
    泊松比剪切
    模量/GPa
    体积
    模量/GPa
    密度/(kg·m−3)
    结构钢2000.376.92166.77850
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    表  2  壳体前8阶模态频率

    振型阶数12345678
    频率/Hz113.33201.72213.29232.22265.93333.99361.75379.91
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    表  3  光路模块不同安装位置输出功率测试

    面板设置
    功率/W
    实际工作
    电流/A
    位置1实际
    输出功率/W
    误差位置2实际
    输出功率/W
    误差/(%)
    51.814.84.0%4.510.0
    102.7010.009.73.0
    153.5414.53.3%13.97.3
    204.3219.62.0%18.86.0
    255.0824.42.4%23.75.2
    305.8329.51.7%28.84.0
    356.6134.22.3%33.73.7
    407.4239.61.0%38.63.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-19
  • 录用日期:  2022-08-11
  • 网络出版日期:  2022-10-28

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    《制造技术与机床》编辑部