中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200083
杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光,利用点源透过率(PST)与杂散光系数(VGI)的函数关系计算了VGI,并分别用VGI和杂散比(NSR)作为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射的抑制方法进行了研究。结果表明:采用冷光学设计能有效抑制系统背景辐射,此时系统工作的三个波段NSR从4.5以上降低至0.35以下。制冷机制冷是冷光学设计和探测器工作的基础,研究了杜瓦窗口和冷屏设计对VGI、NSR和制冷机功耗的影响,进而优化了窗口和冷屏的设计参数。拟合实验数据明确了杜瓦漏热与制冷机功耗的函数关系,提出了一种低制冷功耗和高杂散光抑制的冷屏设计,此时杜瓦漏热为1.7 W,制冷机功耗为103.72 W,系统的VGI从1.95%降低至1.92%,窗口的NSR下降了60%,满足项目要求。研究结果解决了低温光学设计、制冷机功耗和杂散光抑制等一系列问题,组件通过力学试验,已成功运用于某项目用光谱成像仪中。
光学设计 杂散光 杜瓦窗口 冷光学设计 杂散光系数 制冷功耗
中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系,安徽 合肥 230027
为降低激光加热面的最高温度,提升热面温度均匀性,提出一种射流冲击强化表面的综合散热方法。引入兼顾散热和流阻特性的综合评价指标performance evaluation factor(PEC)进行数值研究并与传统微槽道散热特性进行了对比分析。结果表明,降低冲击距离会使冲击区边界层变薄,增大横向流动速度,涡心向中心入口处移动,以此提高换热效率,不仅降低了系统最高温度,而且实现了温度均匀性。经过对比发现无量纲射流冲击距离为0.25时PEC最大,因此该系统最适用于激光热源的散热。此外,热应力与应变分析结果表明,在同种材料的屈服极限下,该系统所能承受的激光热流密度明显高于微槽道冷却系统,换热性能更好、适用性更强。
激光冷却 射流冲击 强化表面 微槽道 综合评价 热应力 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514001
南昌大学信息工程学院电子信息工程系,江西 南昌 330031
机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器(OPA)的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。
量子光学 双拉盖尔-高斯腔 基态冷却 腔内压缩 光力噪声谱
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
3 中国科学院大学,北京 100049
在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明,与自由空间光入射相比,激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场,因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数,实现对光场均匀度的优化。此外,随着腔体边长的等比放大,腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维,在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下,能够获得呈准二维分布的冷原子,在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。
光场仿真 漫反射 准二维光场 各向同性激光冷却
Author Affiliations
Abstract
CEA CESTA, Le Barp, France
Mid-spatial frequency wavefront deformation can be deleterious for the operation of high-energy laser systems. When fluid cooled high-repetition-rate amplifiers are used, the coolant flow is likely to induce such detrimental mid-spatial frequency wavefront deformations. Here, we describe the design and performance of a 90 mm × 90 mm aperture, liquid-cooled Nd:phosphate split-slab laser amplifier pumped by flash-lamps. The performance of the system is evaluated in terms of wavefront aberration and gain at repetition rates down to 1 shot per minute. The results show that this single cooled split-slab system exhibits low wavefront distortions in the medium to large period range, compatible with a focus on target, and despite the use of liquid coolant traversed by both pump and amplified wavelengths. This makes it a potential candidate for applications in large high-energy laser facilities.
flash-lamp pumping high-power laser laser cooling neodymium glass wavefront error High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e3
1 苏州大学光电科学与工程学院,江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室,教育部现代光学技术重点实验室,江苏 苏州 215006
依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心,DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件,正温度系数(PTC)效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID(Proportional Integral Derivative)控制算法输出不同占空比的脉宽调制波,控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性,同时利用3D打印工艺完成装置的搭建,最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明,系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近,该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。
测量 辐射制冷 制冷功率 单片机 温度调控 模糊PID
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室 陕西 西安 710600
2 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
3 中国科学院大学天文与空间科学学院 北京 100049
光钟在时间保持、精密测量、暗物质探测等方面有广泛的应用。可搬运光钟研制是光钟的重要方向,它是不同类型光钟比对以及引力红移测量的重要设备。研制用于冷原子制备的可搬运冷却光源是实现可搬运光钟研制的关键。本文主要介绍了可搬运锶光钟二级冷却光源的研制。首先,通过Pound-Drever-Hall稳频技术将半导体激光器锁定在超稳腔上,实现了用于锶光钟二级冷却的689 nm窄线宽稳频光源,其线宽优于 263 Hz,频率秒稳定度优于1.56×10-14。另外,利用注入锁定技术制备了两台同等性能的光源,分别用作二级冷却阶段的俘获光和匀化光。整个光学系统集成在一个0.56m2的光学面包板,通过光纤与真空系统耦合,整体可搬运。利用该稳频光源,实验上制备了数目为2×106,温度为5.3K的二级冷却原子团,这为下一步进行光晶格原子装载和钟跃迁谱探测奠定了基础。
可搬运锶光钟 二级冷却 立方体腔 可搬运稳频光源 transportable 87Sr optical lattice clock the second-stage cooling cubic cavity the transportable frequency stabilized laser sourc 量子光学学报
2023, 29(2): 020201
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230347
为了研究冷却塔原地倒塌爆破工艺,采用有限元软件进行切口模拟分析,用高清摄像头对筒体及人字形立柱变形进行数据采集,针对筒体变形时间、塌落速度、切口闭合变化、筒体扭曲变形后塌落范围情况进行了详细的分析。实践结果表明:冷却塔原地塌落切口设计并不能按常规4等分平均分配,四个区域对等分配易造成整体下座不倒,第四个区域周长(最后引爆)略大第一区域四分之一,四个区域孔内延期时间分别为MS4/MS8/MS8/HS3孔外为MS2; 通过有限元软件模拟筒体产生塌落趋势需要1 s,筒体的开槽口产生闭合需要3 s,筒体空中挤压扭曲触地需要6.8 s,各区域孔内延期时必须在合理时间内完成变形工作,经爆后影像分析测算与模拟时间相同,原地塌落筒体90%在池内,上部圈梁外抛出水池约6 m,对周边制氢站、循环水泵房、钢闸门等设施未造成影响; 未对23 m外天然气埋管造成影响,经测量天然气管网塌落振动值仅2.095 cm/s说明原地塌落爆破技术对于触地减震起到较大作用,能有效控制筒体塌落外抛距离。
冷却塔爆破 原地塌落 360°切口 变形分析 cooling tower blasting in situ collapse 360° incision deformation analysis