单分子-光子制冷泵的热力学行为(Ⅰ)

建立了一般意义上的单分子－光子泵模型,并用计算机模拟了在不同能量的光子激发下单个分子作为制冷泵时的量子跃迁过程,研究了单分子－光子泵处于基态和激发态时的热激发过程以及在发生荧光辐射时的声子参与情况,得出了基态具有较强的制冷能力的结论。基态和激发态在光吸收和发射过程中热力学效应是不同的,因此在选择反斯托克斯芝光制冷材料时,发光中心的基态能级劈裂更具重要性。     

激光染料的反斯托克斯荧光制冷计算

从理论上研究了具有分子振动能级结构的激光染料分子的反斯托克斯荧光制冷总是根据吸收光谱和荧光发射谱,对Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１０１溶液的反斯托克斯我制冷有力进行了数值计算,得到了用该种材料实现激光制冷的条件与制冷效率相关的曲线。     

单分子—光子制冷泵

在分子尺度上研究了反散托克斯荧光制冷的微观机制,首次提出“单分子－光子泵（ＳＭＰＣ）”概念。阐述了单个分子就可以制冷的观点,提出了在特定的下,单个分子可成为一台最小制冷机。通过分析该“单分子－光子泵”制冷的工作原理,论述了它的工作过程和特点,最后讨论了影响“单分子－光子泵”制冷效率的关键条件。     

Tm3+掺杂材料激光冷却的研究

固体材料的激光制冷又称反斯托克斯荧光制冷,是近年来刚兴起的全光学制冷技术。该技术的核心问题是制冷材料的选择。以Tm^3＋掺杂离子为例,从理论上分析了最小制冷能级间距与激光抽运速率的关系,研究了不同抽运速率下制冷功率与能级间距的关系以及热-光转换效率与能级间距的关系,获得了最佳热-光转换效率与抽运速率的关系。结果表明,最小的制冷能级间距约为4500cm^-1,能级间距在5000～6000cm^-1的宽度是比较合适的。最后探讨了Tm^3＋掺杂材料用于激光冷却的可行性,许讨论了制冷基体材料的合理选择问题。     

荧光制冷器的未来发展

反期托克斯荧光制冷的研究虽然在近几年发展得很快,但是还有许多基础问题和应用问题没有解决,因此,把荧光制冷技术推向实用还需要一定的时间,然而,几乎所有的研究者都认为在不久的将来荧光制冷技术将会在某些领域发挥重要的作用。因为基于荧光制冷技术的制冷器将具有体积小,重量轻,无振动,无电磁辐射,无污染,制冷效率可以长期保持不变等独特的优点。另外,它的制冷效率也可与现有的商业成品相比拟。现就荧光制冷器发展和应用的前景进行讨论。根据反期托克斯荧光制冷的特点,研究荧光制冷器的不同构造和预期性能指标,探讨影响制冷器发展的关键因素,介绍Los Alamos第一代荧光制冷器的设计方案,给出基于光纤的线圈型制冷器件设计方案,研究用于大规模集成电路制冷的荧光制冷器件;最后,对单分子一光子制冷泵在单分子物理学及介观物理学中的应用加以探讨。     

激光制冷中能级间距的选择

激光制冷问题的核心是材料的选择。荧光中心能级的间距是其中的一个关键指标。确定合理的能级间距有助于选择合适的激光制冷材料。能级间距决定了对激光制冷至关重要的两个因素:量子效率和无辐射跃迁速率。如果单纯地从制冷功率的角度来看,能级间距越大量子效率越高,也越有利于荧光制冷。但当能级间距宽到某一值后,制冷功率基本上保持不变。如果从热一光转换效率的观点来考察激光制冷的效率问题,能级间距宽度的合理取值就应该小得多。如果在选择激光制冷材料时,确定制冷功率具有第一位的重要性,那么,能级间距选择在5000cm^-1左右的宽度是比较合适的、这不仅可以确定较大的热－光转换效率,同时也基本上保证了很高的制冷功率。     

激光应用 其他应用

TN2492006010252Tm3 掺杂材料激光冷却的研究=Research on laser cool-ing in thulium-doped materials[刊,中]/贾佑华(华东师范大学物理系,光谱学与波谱学教育部重点实验室.上海(200062)),印建平∥光学学报.—2005,25(10).—1375-1379以Tm3 掺杂离子为例,从理论上分析了最小制冷能级间距与激光抽运速率的关系,研究了不同抽运速率下制冷功率与能级间距的关系以及热-光转换效率与能级间距的关系。获得了最佳热-光转换效率与抽运速率的关系,结果表明,最小的制冷能级间距约为4500cm-1,能级间距在5000~6000cm-1的宽度是比较合适的。最后探讨了…     

能量传递制冷机制中激光制冷的最佳泵浦频率和最大制冷效率

在能量传递型激光制冷中,对于非均匀线宽比较窄的情况,引起最大制冷效率的激发光频率不随温度的变化而变化最大制冷效率与温度呈三次暴的关系。对于非均匀线宽比较宽的情况。随着温度的降低,最佳激发光频率与非均匀线形的中心频率差越来越大,并在较低的温度下迅速拉大它们间的距离。由能量传递机制所引起的荧光制冷最大效率也随着温度的降低而越来越低,并在最后趋于零。它们随温度的降低而降低的规律与实验中得到的结论相符合。     

复合吸收式制冷循环研究进展

先进吸收式制冷循环本质上是各种吸收式制冷循环的复合循环,吸收式制冷循环也可与其它循环进行耦合,从而得到更高效的复合吸收式制冷循环。针对吸收压缩复合及吸收喷射复合循环的性能特点进行分析与总结。子循环采用不同制冷剂的新型吸收-压缩复合制冷循环具有较高的COP,且为低温太阳能热高效利用提供有利条件。吸收喷射复合制冷循环不仅可用来提高循环效率,还可用来制取更低温度下的冷量。另外,高低压发生器可通过喷射器进行耦合来降低低压发生压力,利用低温太阳能热。     

GaAs/Ga1-xAlxAs半导体量子阱光辐射-热离子制冷

采用数值计算方法分析了GaAs/Ga_1-xAl_xAs 半导体量子阱的光 辐射-热离子制冷. 以漂移-扩散模型为基础，通过电流连续性方程和泊松方程自洽地计算出在外加正向偏压的 条件下半导体内部的载流子分布情况，并在此基础上计算了阱内载流子的发光复合和俄歇复 合，从而确定了半导体异质结量子阱光辐射-热离子制冷的最优条件.进一步分析了不同Al组 分的Ga_1-xAl_xAs材料以及不同的掺杂浓度对制冷效果的影响， 为该领域的实验工作提供了极有价值的参考. 关键词： 半导体异质结 光辐射 制冷     

Tm3+ 掺杂ZrF4 -BaF2 -LaF3 -AlF3 -NaF-PbF2玻璃激光制冷中荧光再吸收效应的理论分析

固体材料的激光制冷是近年来发展起来的一个新的研究领域. 掺Tm³⁺的ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF-PbF₂(ZBLANP)玻璃材料是激光冷却的典型材料之一. 与另一种制冷掺杂离子Yb³⁺相比,Tm³⁺具有更好的制冷潜力. 目前制约材料制冷的一个主要机理就是荧光再吸收. 首先根据Tm³⁺:ZBLANP的光谱参数,利用半经典的随机行走模型得到了不同情况下的平均荧光再吸收次数,随后分析了荧光光子界面出射的全反射效应,并对所得结果进行了修正. 计算结果表明,荧光再吸收会导致量子效率降低0.5%-1%,出射荧光波长红移达到2-10 nm,激光制冷的效率和功率降低. 为了有利于荧光出射和净制冷的实现, 宜采用小体积细长棒的制冷元. 关键词： 激光制冷 稀土离子 荧光再吸收     

固体材料激光冷却的实验研究及其最新进展

近年来，基于反斯托克斯荧光制冷(Anti—Stokes Fluorescent Cooling)的固体材料激光冷却技术得到了快速发展。本文首先简单介绍了固体材料激光冷却的基本原理及其技术；其次，详细介绍了各种固体激光冷却的新材料、新方案和新结果及其最新实验进展；最后，就固体激光冷却技术的应用前景及其未来发展方向等问题进行了简单讨论与展望。     

环保节水型冷却塔的研究

综合湿式冷却塔有热交换效率高且造价低而空气冷却器无水蒸发等特点,提出了环保节水型冷却塔.对该新型塔进行了理论分析,对塔内换热、气动力性能等进行了数值计算,对塔内空气换热器和填料层间的冷却负荷以及与风机性能等进行了耦合匹配,结合北方气候条件的计算分析表明新型塔确有良好的节水和环保效果.     

自然循环预冷和低温热管耦合系统的初步实验研究

介绍的高效低温传热方法主要包括 :自然循环冷却法和基于自然循环预冷及低温热管的高效低温冷却方法。自然循环冷却法的特点是在大温差条件下实现物体的快速冷却。一旦被冷却物体到达或接近低温液体的温度 ,将产生循环动力不足的情况 ,必须采用诸如气体引射或容器自增压等方法加以解决。而低温热管的特点在于能在小温差条件下 ,传递大量的热能。文中将自然循环预冷法及低温热管技术有机结合 ,综合自然循环和低温热管的优点 ,取长补短 ,既可以在很短的时间内使被冷却物体的温度降低下来 ,又可以保证被冷却物体的温度波动较小。文中还详细给出了基于自然循环预冷及低温热管的高效低温传热单元的设计及试验结果     

纳米光学辐射传热:从热辐射增强理论到辐射制冷应用

热辐射作为一种无处不在的物理现象,对于科学研究和工程应用都具有重要意义.传统上对热辐射的理解主要是基于普朗克定律,它描述了物体通过辐射交换能量的能力.而近年来的研究表明,由于微纳光学材料在尺寸上远小于热辐射峰值波长,它们的热辐射性质往往很大程度上有别于传统黑体辐射理论所描述的宏观物体.更重要的是,微纳光学材料的热辐射性质可以通过改变它们的几何尺寸和微观构型进行定量的优化设计与精确调控.纳米光学材料与辐射制冷效应的结合,给热辐射效应在能源和环境等相关领域的应用提供了极具前景的应用价值.本文首先从热辐射的基本原理和规律出发,介绍纳米结构热辐射增强的发展进程和最新进展,包括二维材料间的近场热辐射机理以及尺寸效应导致的远场热辐射增强;其次,介绍了近年来纳米光学材料在辐射制冷应用中的重大进展,包括可以实现高效日间辐射制冷的各种纳米光学材料设计;最后,进一步介绍了日间辐射制冷的各种实际应用,包括建筑物制冷、冷凝水收集、舒适衣物与太阳能电池降温等.此外,展望了纳米光学材料的辐射制冷技术在推动荒漠生态环境的治理与改造方面的广阔未来.