为了研究Yb3+: LuLiF4晶体在反Stokes荧光制冷过程中的热负载管理机制, 开展了在常压(1.0×105 Pa)和高真空(2.5×10-3 Pa)状态下的激光制冷实验。掺杂浓度为5 mol%的样品由两根光纤支撑, 被放置在真空状态不同的腔体内。利用波长1 020 nm, 功率3 W的激光激发样品。在常压下, 样品温度相对室温下降了ΔT≈12 K; 在高真空下, ΔT≈26 K。对于常压状态, 空气热对流负载约11.23 mW, 光纤热传导负载约0.03 mW, 腔体热辐射负载约4.8 mW。对于高真空状态, 空气热对流负载约0.03 mW, 光纤热传导负载约0.07 mW, 腔体热辐射负载约10.4 mW。实验结果表明, 当腔体压强由-105 Pa降至-10-3 Pa时, 空气热对流负载几乎忽略不计, 而腔体热辐射负载则成为作用在制冷样品上最主要的热负载。

利用红外热成像技术，研究了编织碳纤维复合材料（CFRP）在纤维束编织平面内的热传导规律。根据激光调制加热原理，推导了纤维束平面内热扩散系数和相位梯度的关系，并搭建了相应的实验平台，对CFRP试件进行实验。以玻璃碳作为参考材料，将测得的红外辐射相位信号进行规格化处理，并利用高斯滤波去除红外热图像的噪声。实验结果表明，碳纤维复合材料的各向异性使其在纤维束编织平面各方向上的热传导呈现一定的规律，且与传导方向相关。当激光调制频率小于2 Hz时，可以测量得到CFRP试件在平面不同方向上的热扩散系数。

不同辐射建模对于腔内辐射场描述的精确程度不同,需要分析不同建模对腔内辐射温度的影响。开展了三温建模与辐射多群输运建模下LARED集成程序数值模拟两孔球型黑腔模型,实现了球腔的完整数值模拟。数值模拟结果表明,三温与辐射多群输运模拟的等离子体状态接近,辐射温度存在差异。物理分析显示辐射温度差异的主要原因是使用的辐射不透明度,修改辐射不透明度参数后的三温计算结果与输运计算符合更好,从而可以用三温建模更快更准确地估计出所需的激光能量和功率。

为掌握高功率脉冲激光防护中脉冲激光各参量对VO2薄膜温升的具体影响, 采用有限元分析程序ANSYS的热分析模块分析了VO2薄膜在脉冲激光辐照下的温度场变化, 分析讨论了CO2脉冲激光的光斑尺寸、功率密度、脉冲宽度、重复频率四个参量, 对VO2薄膜达到相变温度的时间与相变区域尺寸的影响.结果表明, 光斑尺寸等四个参量共同影响薄膜达到相变温度的时间, 在一定范围内增大光斑尺寸和功率密度可缩短薄膜相变的时间, 而薄膜相变区域尺寸所占光斑面积的比例与二者并无直接关系, 增大脉宽或重频都有利于缩短薄膜达到相变的时间, 但前者对单脉冲产生热量的提升比后者效果更明显.

采用相对论电磁粒子模拟程序研究了飞秒激光等离子体相互作用中产生的电流密度、电场和自生磁场的发展演化过程。介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应，以及冕区的反扩散与限流效应，得到了经典Spitzer-Harm理论描述的电子热传导随自生磁场的演化情形。数值模拟表明: 在线性强激光作用下，由于电子初始时刻的无规则热运动，在等离子体上激发电磁不稳定性，而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量，同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。

应用于高重复频率、高功率193 nm准分子激光器会聚光路中的针孔空间滤波器, 除了需要考虑它的材料加工难易、厚度、针孔尺寸等因素外, 还需考虑材料抗激光损伤特性。本文利用激光损伤理论中一维热流模型对无限厚和有限厚不同金属样品在高峰值功率193 nm准分子激光器照射下的损伤阈值进行了分析。结果表明: 铝材料在厚度为12 μm处比其它金属的损伤阈值高, 可达116×1010 W/cm2, 且材料易于加工。利用聚焦离子束技术加工了航空铝材料样品, 得到了厚度为12和15 μm的针孔空间滤波器样品。扫描电镜观察其具有较好圆度和内壁粗糙度, 基本满足剪切干涉仪对针孔空间滤波器的需求。

为了理解超强激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场形成机制和电子热传导特性,采用相对论电磁粒子模拟程序, 估算了不同激光功率密度下, 在等离子体表面所形成的电磁不稳定性产生的自生磁场大小和空间分布, 得到了超热电子和经典Spitzer-Harm理论描述的电子热流随激光功率密度的演化情形。结果表明,非Maxwell速度分布的等离子体,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体上激发电磁不稳定性, 而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量, 同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。这一研究结果对更好理解惯性约束核聚变“快点火”过程中自生磁场的产生、电子热传导等方面有帮助的。

用3维粒子模拟程序研究了相对论强激光和高密度等离子体相互作用引起的电磁不稳定。数值模拟表明,在线偏振强激光作用下,等离子体表面出现了电磁不稳定性。形成的不稳定结构随时间发展和激光功率密度的增加进一步深入到等离子体内部,最终使等离子体表面处激发饱和自生磁场。这种由电子速度各向异性而产生的自生磁场对激光有质动力推开电子时所形成的电子热流产生抑制作用,并将直接影响电子加速效率。

为合理进行激光谐振腔设计，研制脉冲板条全固态激光器，利用热传导理论解析研究了脉冲激光二极管(LD)巴条侧面抽运激光板条热平衡时的温度场以及热形变场分布情况。通过侧面抽运激光板条工作特点分析，建立热分析模型，考虑到激光二极管阵列(LDA)抽运光具有超高斯分布而NdYVO4板条具有热传导各向异性的特点，利用Possion方程得出了准连续LDA侧面抽运热传导各向异性板条温度场分布的一般解析表达式。对比分析了NdYVO4与NdGdVO4板条在单脉冲侧面抽运与重复脉冲侧面抽运过程中的温度场分布情况，定量计算了达到热动态平衡时NdYVO4与NdGdVO4板条抽运面中心的热形变量。计算结果表明，达到热动态平衡时， NdYVO4板条的最大与最低温升值分别为34.8 ℃和32.4 ℃，而NdGdVO4板条的最大与最低温升值分别为30.2 ℃和27.0 ℃；NdYVO4板条热动平衡时最大与最小热形变量分别为0.98 μm和0.89 μm，而NdGdVO4板条的分别为0.29 μm和0.24 μm。