采用热松弛时间表征微纳米含碳粒子受热瞬间热扰动和热响应存在的时间迟滞，同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域修正空气导热系数，建立亚微米碳粒的单相延迟双曲型瞬态激光诱导辐射传热传质模型，分析碳粒子经高能脉冲激光照射前后其温度与激光诱导辐射光谱强度的时域变化特征。重点讨论了热松弛时间与激光能量等参数对不同粒径尺度的碳粒激光诱导辐射光谱信号的影响。结果表明，热松弛时间值越大，入射激光能量越高，粒径越小，受热颗粒的激光诱导辐射光谱信号振荡幅度越强，非傅里叶效应越显著，这为采用激光诱导辐射技术进行高温环境亚微米量级含碳微粒的定量测量研究提供理论依据。

从傅里叶模型和非傅里叶模型的基本方程出发，通过有限差分方法对方程进行数值求解。分别分析了10, 1.0, 0.1, 0.01 ns这4种脉宽的脉冲激光作用于硅材料时两种传热模型温度曲线的相对变化；讨论了热弛豫时间对非傅里叶模型数值结果的影响。结果表明：脉宽小于或等于100 ps的激光作用于硅材料时，表层温度上升缓慢，会发生载流子效应，非傅里叶模型可以合理地反映这种现象；对于一般材料，载流子效应发生的条件是脉宽小于或等于材料热弛豫时间，此时应当用非傅里叶模型描述加热过程。

为了更好地选择临床激光医疗曝光参量,采用有限元数值计算方法,模拟了脉冲激光与连续激光对人皮肤组织的光热作用及导致的温度变化效应,比较了两者的不同,得到了热响应时间及热弛豫时间与组织深度的关系,即组织越深(0～60 μm),其热响应时间(0～4 ms)与热弛豫时间(0.4～12.1 ms)越长; 分析了激光脉宽长短对组织升温的影响; 建立了评价脉冲间热损失的评价函数δ,并以此对脉冲间隔的选取作了探讨。

在脉冲激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中,存在热效应瞬态过程,即晶体的温度分布具有时变性,晶体温度的时变过程受到热弛豫时间的影响。从热传导方程出发,采用解析法和数值法分别对晶体降温过程中温度的时变性进行计算; 采用有限元方法,对晶体热弛豫时间及其影响因素进行数值计算,分析了晶体直径、密度、热传导系数和比热等热物性参数对热弛豫时间的影响; 采用流体流动换热理论,充分考虑了冷却水流温度和速度对晶体温度分布的影响。结果表明,通过调整晶体尺寸、冷却系统可以实现对热弛豫时间的控制。根据有限元软件ANSYS的计算结果,分析了晶体抽运端面上径向温度的时变分布,晶体边缘与中心的温差和光程差; 初步计算了晶体热透镜不同径向位置处的焦距差。结果表明,晶体冷却过程中,不同径向位置与中心的温差和相对光程差具有时变性,晶体热透镜的聚焦特性也是随时间变化的。

根据脉冲工作状态下半导体激光器激射光谱随结温升高而发生红移的原理,提出了一种测试半导体激光器热弛豫时间的新方法——利用调节取样积分器(Boxcar)取样门,测量光信号脉冲内不同时刻的时间分辨光谱。采用此方法对TO封装和厘米-靶条(cm-Bar)阵列的AlGaAs/GaAs半导体激光器的动态热特性进行了测试,得到其热弛豫时间分别为66 μs和96 μs。