Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Advanced Science Facilities, Shenzhen, China
2 College of Science, Southern University of Science and Technology, Shenzhen, China
3 Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
4 State Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian, China
The development of high-brightness X-ray free electron lasers (XFELs), such as hard X-ray self-seeding free electron lasers and XFEL oscillators (XFELOs), brings a severe challenge to the crystal monochromator due to a strong non-uniform thermal load. The distortion caused by spatial temperature gradients can severely affect the optical performance of crystals. Therefore, this paper presents a model to estimate the performance of non-uniform thermally distorted crystals. The model not only takes into account thermal strain, slope error and incident angle deviation, but also considers temperature-dependent factors such as the Debye–Waller factor and electric susceptibility. Our investigation indicates that the Debye–Waller factor reduces the height and bandwidth of rocking curves, and the impact of the electric susceptibility is tiny. The proposed model can describe the distortion of the reflectivity and transmissivity curves of non-uniform thermally loaded crystals and can be applied in the design of crystal monochromators, crystal splitters, crystal compressors and XFELOs.
crystal monochromator free electron laser thermal load X-ray diffraction High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e69
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室, 上海 200240
3 同济大学物理科学与工程学院, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
4 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
输出能力和光束质量是研制强激光装置时追求的两个核心性能,通常受制于增益能力、光束品质、热负载、功率负载、通量负载受限条件。对于具有不同应用目标、不同运行机制、不同技术途径的强激光装置或系统,5类受限条件对输出能力和光束质量的影响权重是不同的。其中,解决增益能力与光束品质两类受限问题是研发连续强激光和脉冲强激光装置的共性问题;对于连续(或准连续)强激光,破解热负载受限是核心问题;对于脉冲强激光,破解功率负载受限是核心问题。深入研究5类受限机理、基本规律及相互之间的影响关系,融合近期发展的新材料、新方法、新技术,对积极推进以高峰值功率、高能量(高平均功率)和高重复频率激光(简称“三高激光”)为基本特征的先进强激光装置或系统具有积极意义。
中国激光
2021, 48(12): 1201002
1 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室, 四川 绵阳 621000
2 南京航空航天大学航空学院, 江苏 南京 210016
针对特定机型座舱热载荷实验,提出太阳辐射模拟器光学系统的设计方法,并在此基础上研制出一套太阳辐射模拟器。设计了单只太阳辐射灯,完成了空间灯阵设计。采用提出的预调节方法,获得了合理的单灯安装位置。根据设计方案完成了光学系统的加工和安装,并对其开展了性能测试。结果表明:辐照度分布计算误差为12.0%,证明提出的预调节方法可行;根据预调节方法得到的座舱透明件表面热效应,与设计热效应偏差为-3.1%,说明达到了目标辐照环境;光学系统辐照不稳定度为±0.52%,具有较好的稳定性。研究结果对太阳辐射模拟器的设计具有参考价值。
光学设计 太阳辐射 氙灯 辐照强度 热载荷
1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
2 华东师范大学 信息科技技术学院, 上海 200062
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。
反Stokes荧光制冷 热负载 热对流 热传导 热辐射 anti-Stokes fluorescent cooling thermal load thermal convection thermal conduction thermal radiation 红外与激光工程
2018, 47(12): 1206005
北京空间机电研究所探测器技术实验室, 北京 100094
随着航天遥感应用对大视场、高分辨率探测的需求, 红外探测器规模越来越大。红外探测器需封装在杜瓦内工作, 杜瓦热负载是杜瓦一个重要指标。本文设计并搭建了大规模探测器杜瓦热负载测试实验装置, 测得长波杜瓦组件不同外壳温度下的热负载, 为实际工程应用提供了重要数据。
大规模红外探测器 长波杜瓦组件 热负载 实验测量 large format infrared detector long-wave detector dewar assembly thermal load experiment measure
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
光机热集成分析是光机结构设计中的重要环节，对光学系统像质的预测与补偿有着重要的参考价值。针对小物镜系统，进行光机热集成分析，结果表明该系统产生的热像差较大，影响系统光学性能，其中温度升高导致折射率变化引入的系统热像差较大；结构热变形引入的系统热像差较小，可以忽略；镜片与支撑结构之间的导热、上下窗口的空气扰动、机械结构外表面的环境对流也会存在一定影响，但影响较小。由此可知系统热像差的主要影响因素是热载的大小，设计过程中减少透镜厚度及材料吸收率，降低系统热载，是减小光学系统热像差最为有效的途径。
光学设计 光机热集成分析 热像差 有限元法 Zernike 多项式 折射率均匀性 热载 激光与光电子学进展
2014, 51(9): 092204
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对变包含角平面光栅单色器前置平面镜(PM)受热负载而导致的单色器分辨率降低问题，提出优化聚焦常数(Cff)补偿分辨率的方法。首先，计算不同Cff值时PM的热功率吸收谱，在此基础上对镜面热负载进行热-结构耦合分析，得到不同热负载时PM表面热变形的变化量; 然后，结合理想分辨率公式和光线追迹软件求出加热负载的单色器分辨率; 最后，优化Cff实现分辨率的补偿。研究结果表明，以软X射线谱学显微光束线站为例，当出射光能量为1 000 eV时，将Cff由18优化至184，单色器分辨率即可与无热负载时的相同，该优化方法可有效补偿单色器分辨率的降低。
变包含角平面光栅单色器 热负载 聚焦常数 分辨率 斜率误差 variable included angle plane grating monochromato thermal load focusing constant(Cff) resolution slope error
中国航空工业洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471009
机载光电吊舱的热特性包括附加热载荷和结构传热热载荷两个方面。在一个飞行架次内，对各个分系统产生的热量分析计算，进而获得附加热载荷。在一定假设条件下，对结构传热热载荷进行了分析计算。最后，提出一种物理仿真的方法，用于验证结构传热热载荷的分析是否符合实际情况。
光电吊舱 附加热载荷 结构传热热载荷 eletro-optical pod additional thermal load structure heat-transfer thermal load
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
实验研究了脉冲氙灯在高负载条件下掺铈石英玻璃管壁的特性,并对实验结果进行了分析。在氙灯的输入能量为爆炸能量的60%的高负载条件下进行实验,随着运行发次的增加,氙灯的电极出现龟裂;氙灯灯管内壁出现白色花纹、块状乳白色积淀物和丝状裂纹;石英玻璃释放出的氧气使管内气体的高频火花放电颜色由紫蓝色变为绿色。放电过程中,灯管主要受冲击波和热负载两方面的作用。通过对冲击波和热负载对灯管作用机理和实验结果的对比分析得出,热负载是氙灯灯管内壁出现圆环形丝状裂纹等现象的主要原因,冲击波会加速灯管的破裂。
激光技术 氙灯 管壁特性 冲击波 热负载 丝状裂纹
