以重掺杂硼的纳米硅浆料为硼源,采用纳秒激光熔覆工艺,在钝化发射极及背接触(PERC)电池背面形成了重掺杂硼的硅熔覆层。通过建立三维瞬态温度场的有限元仿真模型,并利用单因素仿真实验,得到了激光工艺参数对温度场的影响规律,初步确定了各激光工艺参数的合理范围。利用极差分析获得了激光工艺参数与激光熔覆温度场分布的相互作用规律。将激光熔覆工艺兼容到PERC电池的制备实验中,结果表明:仿真模型与实验结果较为吻合,电池的平均光电转化效率提升了0.27%。

为了快速准确地获取火炮发射时炮管的瞬态温度场信息, 设计了基于变迹-啁啾光纤光栅传感器的瞬态测温系统。 系统采用啁啾光纤光栅实现对回波光的带宽调制, 从而使回波光带宽大幅提高, 大大增加了系统带光栅传感器数量及回波光能量。 在分析了五种常见变迹函数切趾性能的基础上, 系统采用超高斯函数形式完成对回波信号的切趾处理, 有效地抑制了由于啁啾调制所造成的旁瓣增大以及光谱抖动, 使系统符合瞬态温度测试的设计要求。 实验采用调制范围1 532.0～1 548.0 nm的变迹-啁啾光栅传感器, 并在炮管上均匀缠绕, 共50个测试点位。 针对某型火炮发射时炮管的瞬态温度进行测试, 实验数据与WRP-130S型高速温度探测器的测试结果比较。 实验结果显示, 该系统与WRP-130S型探测器测温结果相近, 平均误差小于2%, 在温降平稳区优于1%。 测试结果中, 温度-波长数据满足1 ℃约引起0.041 3 nm（均值）的波长偏移。 该系统在一次采集过程中可获得50个独立位置的瞬态温度, 大大提高了炮管温度场重建的效率。

为了可以实现对炮体表面瞬态温度分布变化的实时监测, 同时克服传统瞬态高温测试仪器单点探测以及热惯性大等局限性, 设计了基于散斑干涉与光谱频域分析相结合的瞬态温度分布测试系统。 系统采用散斑干涉技术将炮体瞬态温度变化引发的微小形变转换成散斑干涉条纹, 再由傅氏变换完成干涉条纹形变到光谱分布的函数转换, 从而通过光谱分布函数反演任意采样时刻上的温度分布。 实验采用ZX-FB1型光纤测温仪测试单点位置上瞬态温度作为标准值, 再由555 nm激光器与面阵CCD采集散斑干涉条纹, 分别使用图像识别法与傅氏变换法完成干涉条纹与瞬态温度的算法匹配, 从而反演瞬态温度。 实验结果显示, 两种方法均能实现瞬态温度检测, 但基于傅氏变换频谱分析的散斑干涉法精度更高, 并且可以有效地克服由表面瑕疵、 漆面磨损等问题造成的粗大误差。

针对瞬态高温的测量难题, 采用辐射式测温技术和接触式测温技术有机结合的方法, 设计了由黑体辐射温度敏感体、圆柱状高强度金属外壳以及壳内信号调理电路构成的瞬态高温测量装置。通过对感温薄膜特殊材料的恰当选取以及整体结构的合理设计, 并利用ANSYS软件对其黑体感温薄膜进行了瞬态高温热传导分析。分析表明, 施加的温度载荷为2 000 ℃、2 500 ℃、3 000 ℃时, 此温度传感器响应时间分别为487.001 μs、545.001 μs、590.001 μs, 能够克服传统瞬态温度传感器体积大、响应慢、安装不方便以及易受恶劣环境因素影响等不足, 在测温技术领域具有良好的应用价值。

为了研究矩形激光脉冲辐照下半导体材料3维光生载流子浓度和温度场分布, 采用本征函数法求得了等离子体波和热波随时间和空间变化的解析解。数值模拟了矩形激光脉冲辐照下半导体内光生载流子浓度和温度的时间变化规律以及温度沿径向的扩散规律。结果表明, 光生载流子表面复合速率、寿命和扩散系数等参量对等离子体波和热波分布的时域特性有重要的影响, 特别是在等离子体波和热波阶跃响应的上升和下降沿阶段; 此外, 多参量拟合灵敏度以及相关性分析表明,对阶跃响应曲线进行拟合可实现对半导体参量的单参量及双参量表征。该理论结果对于利用阶跃光激励的光热技术测量半导体材料参量具有一定的指导作用。

针对送粉式激光熔覆的特点，基于生死单元法建立了一种可以同时计算瞬态温度场及熔覆层几何形貌的三维数值模型，模型中考虑了送粉过程中激光能量的衰减和粉末颗粒的温升。基于该模型对送粉式激光熔覆过程中的温度场分布和几何形貌特点进行了分析。结果表明，在熔覆开始较短时间后，工件的瞬态温度分布与熔覆层几何形貌基本保持稳定。进行了不同送粉速率下的送粉式激光熔覆试验，对比了熔覆层横截面几何形貌的试验结果和计算结果，熔覆层表面轮廓线与试验结果基本保持一致，熔覆层的宽度、高度和熔深与试验结果基本吻合，说明了所建立的激光熔覆层几何形貌计算模型的有效性和可靠性。

为了提高对瞬态温度检测的灵敏度, 提出了基于散斑干涉条纹光谱分析的瞬态温度反演算法。系统利用散斑干涉形成干涉条纹, 由于瞬态温度的变化会使材料应变, 从而使散斑干涉条纹改变。被测表面形变前后获得的干涉条纹由面阵 CCD采集, 其对应的光谱密度分布函数也会发生相应的改变, 即由散斑干涉条纹反演得到的中心波长振幅发生改变。通过对两次中心波长幅值的比值的检测和计算, 即可获得被测的瞬态温度。在分析计算了瞬态温度变化与材料应变、材料应变与干涉条纹变化的函数关系的基础上, 推导了瞬态温度变化与干涉条纹振幅及相位函数关系。实验采用 660 nm半导体激光器, SI6600型面阵 CCD探测器, 从获得的光谱分布函数中提取中心波长处幅值比值, 通过计算和标定, 最终温度检测精度可达到 ±2℃。相比传统的直接检测干涉条纹的变化量, 由被测面形变量推导温度的方法精度提高了近一个数量级, 其精度更高、检测均匀性更好、稳定性更好。

为了提高瞬态高温检测的精度, 利用快速傅里叶变换(FFT)对散斑干涉条纹进行光谱分析, 提出了通过光谱分布的偏移及幅值变化反演温度的方法。 当激光照射应变材料时, 瞬态高温使材料发生形变从而使散斑干涉条纹改变, 被测表面形变前后获得的干涉条纹由面阵CCD采集。 由于其对应的光谱密度分布函数也会发生相应的改变, 即中心波长位置偏移及振幅变化, 通过其改变反演材料的瞬态温度。 在分析推导了瞬态温度变化、 材料应变及干涉条纹变化之间的函数关系后, 仿真分析得到了瞬态温度正比于压强系数、 反比于温度系数。 实验采用660 nm半导体激光器, SI6600型面阵CCD探测器, 从获得的光谱分布函数中提取中心波长的偏移量, 经计算和标定所得数据与传统的干涉测温方法进行对比, 探测精度可达0.3%。 相比传统的直接检测干涉条纹的变化量, 由被测面形变量推导温度的方法精度提高近3倍。

针对波长0.53 μm的毫秒脉冲激光辐照GaAs的表面热分解损伤问题，建立了二维轴对称热传导模型，在考虑材料的热物性参数随温度变化的基础上，采用有限元法模拟了材料的瞬态温度场，得到了温度场分布特征及其随时间的变化规律，给出了材料表面发生热分解损伤阈值曲线。数值结果表明：毫秒脉冲激光对GaAs作用时，热传导影响着激光作用全过程，对应的损伤机理主要为热损伤; 在激光作用下，被作用表面中心处温度最高，并且首先发生热分解损伤; 随着作用激光能量密度的增加，GaAs表面发生热分解损伤的时刻不断提前。