1 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
高功率固体激光技术的发展史就是一部与“废热”的斗争史, 为抑制热效应对光束质量的不利影响, 先后出现了热容激光器、薄片激光器、板条激光器以及光纤激光器, 新的增益介质形态结合先进的散热技术将激光输出功率提升至百千瓦量级。固体激光增益介质的热学性能是限制激光功率进一步取得突破的重要瓶颈。因此, 寻找具备超高热导率的激光晶体材料意义重大。本文介绍了上述四种激光器的基本原理及其在高功率激光方面取得的研究进展, 从提高增益介质材料热导率的角度出发, 对目前已有的方法和研究成果进行了分析与总结, 对超热导激光晶体研究和高功率激光技术的发展进行了展望。
高功率激光 热效应 激光晶体 超高热导率 热容激光器 薄片激光器 板条激光器 光纤激光器 high-power laser thermal effect laser crystal ultra-high thermal conductivity heat capacity laser thin disk laser slab laser fiber laser 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1560
为了提高**系统的战术指标，需要实现红外探测器的快速降温。通过分析探测器结构列出了影响探测器降温时间的相关因素。然后分别进行了降低杜瓦冷台热容、降低热耗、提升冷台部分粘接剂的导热系数以及调整制冷器喷液口到杜瓦冷台距离等方面的降温时间对比试验。通过分析试验结果得出以下结论：对于锥形金属杜瓦来说，影响最大的因素是冷台部分的热容，降温时间缩短与热容降低的比例接近；其次是制冷器与杜瓦之间的热交换效率；改善其它因素也能缩短探测器的降温时间，但效果不明显。该结论为红外探测器降温时间研究的改进方向提供了更为直观的参考。
降温时间 冷台热容 热耗 热阻 cooling time heat capacity of cooling stage heat loss thermal resistance
State Key Laboratory of Silicon Materials, School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
随着可再生能源及能源转换技术的快速发展, 热电材料在发电及制冷领域的应用前景受到越来越广泛的关注。发展具有高热电优值材料的重要性日益突出, 如何获得低晶格热导率是热电材料的研究重点之一。本文阐述了热容、声速及弛豫时间对晶格热导率的影响, 介绍了本征低热导率热电材料所具有的典型特征, 如强非谐性、弱化学键、本征共振散射及复杂晶胞结构等, 并分析了通过多尺度声子散射降低已有热电材料晶格热导率的方法, 其中包括点缺陷散射、位错散射、晶界散射、共振散射、电声散射等多种散射机制。此外, 总结了几种预测材料最小晶格热导率的理论模型, 对快速筛选具有低晶格热导率的热电材料具有一定的理论指导意义。最后, 展望了如何获得低热导率热电材料的有效途径。
thermoelectric materials lattice thermal conductivity specific heat relaxation time review 热电材料 晶格热导率 热容 弛豫时间 综述
1 西安建筑科技大学 理学院, 西安 710055
2 西安建筑科技大学 应用物理研究所, 西安 710055
对方形激光晶体的实际工作特点进行分析, 根据热容激光器的管理模式, 建立泵浦阶段和冷却阶段的晶体热模型, 引入变热传导系数对方程进行求解, 分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式。分析了不同的光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响。计算结果表明: 当泵浦功率为60W、光斑半径为800μm、超高斯阶次为3的脉冲激光二极管对晶体进行泵浦时, 在将Nd∶YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下, 晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为149.93℃、180.18℃。激光晶体的尺寸为(20×20×10)mm3, 掺钕离子为1.0%。
热容激光器 变热导率 温度场 激光器 heat capacity laser variable thermal-conductivity temperature field laser
张玲玲 1,2,3,*陈媛 1,2,3李国旗 1,2,3王健超 1,2,3[ ... ]张伟 1,2,3
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
为了改善高能固体激光器由于激光增益介质的热畸变限制了激光器在大能量输出时保持高光束质量的能力, 提出一种基于离轴混合腔的高能双板条热容激光器, 并进行了实验研究。实验结果表明该激光器的双板条结构, 具有对温度分布不均匀造成的激光波面畸变实现部分自校正的能力。再配合离轴混合腔的使用, 可大大提高激光器的光束质量。实验中采用了两块尺寸为100 mm×20 mm×500 mm的大尺寸钕玻璃板条, 激光器的阈值泵浦电压大约是2 400 V左右, 斜效率为3.4%。当泵浦电压为3 400 V时, 激光器的输出脉冲能量达到158.07 J。泵浦电压为2 800 V时, 分别对近场和远场的光斑进行测量, 可计算得到非稳腔和稳腔方向的发散角分别为1.245 9 mrad和1.545 9 mrad。
热容激光器 双板条 离轴混合腔 热畸变自校正 heat capacity laser dual-slabs off-axis hybrid resonator self-corrected of thermal distortion
北京工业大学 激光工程研究院， 北京 100124
为研究热容型大功率半导体激光器在低环境温度、高瞬时功率、长工作间歇时间条件下的应用，建立三维瞬态热传导模型，通过有限元法计算得出热沉三维尺寸对半导体激光器瞬态热特性的影响。选取尺寸为26.6 mm×11.5 mm×4 mm的热沉进行热容型半导体激光器的封装测试，获得其在-20 ℃和-30 ℃环境温度下连续工作3.5 s过程中有源区温度随时间的变化曲线，并与数值计算的结果进行对比。结果表明，两者在误差范围内能够很好地吻合。
激光器 半导体激光器 热容型 瞬态热特性 laser diode laser heat capacity transient thermal characteristic
1 上海市激光技术研究所，上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心，上海 200233
3 上海市激光束精细加工重点实验室，上海 200233
提出了一种对温度分布不均造成的激光波面实现部分自校正的双板条结构的热容激光器。为了进行波面热畸变可自校正的热容运行方式的原理性演示验证及建立可靠的技术基础，本文建立了闪光灯泵浦的以两块尺寸为100 mm×20 mm×500 mm的大尺寸钕玻璃板条为工作介质的激光装置,在实验过程中采用三种耦合输出率分别为20％、53％和67％的平行平板腔，对工作在热容状态下的激光输出进行了测试。20％的耦合输出率过低，会造成腔内功率密度过高导致增益饱和。采用53％的耦合输出腔片在充电电压为3 300 V时，得到213.6 J的输出能量，并且未见饱和。采用耦合输出率为67％的输出腔片，在充电电压为2 200 V时达到激光阈值，阈值输出能量为82.3 J；在充电电压为3 300 V时得到单脉冲输出能量为370.1 J，斜率效率0.013，总体效率为0.94%。
热容激光器 板条 热畸变自校正 heat capacity laser slab self-corrected of thermal distortion
为了准确研究LD端面抽运圆棒热容激光晶体Nd∶YAG时产生的热效应, 采用以半解析热分析理论为基础、结合弹性力学理论的研究方法, 得出了圆棒热容激光晶体抽运阶段和冷却阶段的温度场、热应力场和端面形变量半解析计算方法。结果表明, 当抽运总功率为200W, 4阶超高斯LD对Nd∶YAG抽运2s时, Nd∶YAG圆棒热容激光晶体的端面最大应力为52.9MPa, 低于晶体断裂阈值下线的50%; 此时激光晶体端面形变为3.05μm。所得结果为优化热容激光器提供了理论支持。
激光物理 热容 温度场 热应力 形变 laser physics heat capacity temperature field thermal stress distortion field
深圳市共达光明科技有限公司，广东 深圳 518100
本文论述了传导、对流、辐射等三种散热方式和热阻的概念，分析了LED照明灯具的散热结构，并针对LED照明灯具的结构就提高散热效果进行了研究与探讨。
LED照明 散热 传导 对流 辐射 热阻 热容比 LED lighting heat dissipation conduction convection radiation thermal resistance heat capacity ratio
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 610054
优化的微测热辐射计热学参数的测试方法，与传统测试方法相比，能够实现热导和响应时间的精确测量，克服热学参数评估依赖仿真的缺陷,且该方法易于实现，工程应用性强.通过对研制的微测热辐射计性能进行相应的测试，确定了该测试方法准确、可靠.
微测热辐射计 测试 热导 热容 microbolometer test thermal conductance thermal capacitance
