1 河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401
2 河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室，天津 300401
3 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
4 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
5 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150009
受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）因能实时补偿静态和动态波前畸变、提高光束质量，在激光领域受到广泛关注，但仍存在高功率泵浦下引发损伤和输出光束质量下降的问题。液体增益介质具有高增益、高抗损伤阈值和尺寸拓展性强的特点，目前是高能高功率激光领域最广泛应用的SBS介质，但随着注入功率的提升，热效应引发的液体介质热对流会导致反射Stokes光中出现波前畸变，降低了其光束质量补偿效果。文中发展了高功率泵浦下介质池内热对流的数值模型，定量分析了热对流强度随相互作用时间的变化规律，着重探讨了泵浦光重复频率对热对流强度分布的影响，并结合热对流强度解释了光斑畸变程度。研究结果表明：泵浦光注入初期，热对流强度在达到极值后小幅下降最后趋于稳定；泵浦光重复频率是影响热对流强度的重要因素，热对流强度与重复频率呈正相关；随着热对流强度的增强，光斑偏移程度逐渐增大。文中从液体介质流动性角度分析了泵浦光重复频率与介质热对流的关系，对完善光热效应模型提供了新的研究方向。
受激布里渊散射 相位共轭镜 热对流 热效应 二次流 stimulated Brillouin scattering (SBS) phase conjugate mirror thermal convection thermal effect secondary flow 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230415
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
1 上海大学 新型显示技术及应用集成教育部重点实验室, 上海 200072
2 桂林电子科技大学 机电工程学院, 广西 桂林 541004
研究了有机电致发光二极管(OLEDs)工作过程中的生热与热传输机制。OLEDs器件产热由载流子复合产生, 散热渠道主要由热辐射、对流两部分构成。基于传热学理论计算, 发现发光亮度为1 000 cd/m2时, 发光占输入功率的15%, 热辐射占30%, 热对流占55%, 器件温度上升了39.4 ℃, 并且计算结果与实验数据有良好的匹配。决定器件工作温度的因素有环境、材料、工作功率等。具有不同发光材料的OLEDs器件, 其亮度衰减速率不同。
有机电致发光二极管 热辐射 热对流 organic light-emitting diodes thermal radiation thermal convection
1 中国科学院 光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
采用格林函数法,考虑径向边界条件和对流热损失,理论上求解了有限尺寸高反射光学元件在激光作用下的热传导方程,获得了样品内的温度场分布。为验证所求解,模拟计算了不同光斑形状和光斑尺寸激光束照射下样品的温升曲线,并与有限元数值计算结果进行了比较,获得了较好的一致性,讨论了此精确物理模型中不同热交换系数对激光束照射下光学薄膜样品温升的影响。结果表明:热交换系数越大,样品内的温度分布越趋于平衡。
温度场 光学薄膜样品 热对流 有限元 temperature field highly reflective optical coating sample thermal convection finite-element analysis
研究了能直接工作于非标准环境下的体吸收型激光能量计。由能量计热传导、热对流、热辐射的单位时间热交换方程推导出单位时间内能量计升温过程中热能损失的数学模型，根据数学模型对能量计整个升温过程的热损失进行补偿，使得能量计对于不同脉冲长度入射激光的测量结果重复性由4.7%提高到了0.6%，消除了能量计热损失给测量带来的不利影响。针对环境温度从-40℃变化到70℃测温用铜-康铜热电堆对1℃温差响应电压剧增30%的问题，在环境试验箱进行不同环境温度下的激光能量测量实验，得出了能量计不同环境温度下测量结果的修正系数，并利用最小二乘法建立了修正系数同环境温度之间的函数关系，使得环境温度对测量结果的影响得到了修正。
非标准环境 体吸收型激光能量计 热损失修正 热辐射 热对流 热传导 热电偶非线性 non-standard environment bulk absorption laser calorimeter energy loss compensation radiation conduction convection the nonlinearity of thermocouple
借助传热学基本理论对体吸收型激光能量计因热辐射、热对流和热传导造成的热能损失进行了分析，在此基础上建立了能量计热能损失的数学模型。根据数学模型采用最小二乘法对测量数据进行了曲线拟合，得到与实际降温曲线非常接近的拟合曲线。利用拟合曲线对测量数据进行补偿修正后使得能量计的测量重复性得到了很大提高。该方法对于体吸收型激光能量计的研制具有一定的理论意义。
体吸收型激光能量计 热损失修正 热辐射 热对流 热传导 bulk absorption laser energy meter thermal energy loss compensation thermal radiation heat convection heat conduction
