固体激光器的热效应与波前像差是制约固体激光器功率与性能进一步提升的严重阻碍,解决该问题是研究工作者近年关注的主要问题之一。浸入式直接液冷固体激光器凭借优秀的增益模块结构设计,可大幅降低固体激光器的热效应与波前像差,一经提出便受到国内外研究者的广泛关注。但相关研究多局限于单场问题,极少考虑多场之间的相互作用,因此探究各种设计参数与操作参数对此种激光器热效应与波像差的影响的研究非常重要。本文采用数值模拟的研究方法,建立浸入式直接液冷固体激光器的热流固耦合三维模型与光程差分析模型,对固体激光器的热效应与波前像差进行研究。首先根据计算流体力学方法,选择合适的湍流模型,建立微通道内流体流动模型,并考察微通道高度、相对粗糙度、冷却介质种类对流动状态变化的影响。在取得相关影响规律的基础上,结合课题组前期研究成果,确定增益模块的模型参数。其次,选择合适的热流固耦合建模方法。分别采取单向耦合与双向耦合方法建立增益模块的热流固耦合二维模型,对比不同耦合方法对模拟结果的影响,发现双向耦合与单向耦合的模拟结果基本一致,综合计算成本考虑选择单向热流固耦合的方法进行建模。最后,建立浸入式直接液冷固体激光器的热流固耦合三维模型和光程差分析模型,并讨论流动雷诺数与薄片热负荷对增益模块热效应与光程差的影响。研究表明:增益模块内的光程差分布并不均匀,在转捩雷诺数(Re=2600)工况下光程差峰值为1.1937μm,谷值为-0.0233μm。峰谷值PV为1.4270μm;在层流状态,峰谷值随流动雷诺数的增大而增大、光程差的波谷位置不变而波峰位置平移;在湍流状态,峰谷值随着流动雷诺数的增大而降低、波峰与波谷均发生平移,且方向与层流状态下移动方向相反;光程差的峰谷值随着薄片热负荷的增大而增大,而波峰与波谷的位置则不受薄片热负荷变化的影响。本文研究结果对浸入式直接液冷固体激光器增益模块的研究与设计、激光器最佳操作参数的确定等都有指导意义。