激光容积吸收对生物组织内双曲型导热的影晌

将激光传输的七流模型与圆柱坐标系内二维双曲型导热方程相结合,讨论了激光容积吸收对生物组织内双曲型导热过程的影响。结果发现,当激光照射到生物组织表面时,将激光照射处理为第二类边界条件和将生物组织对激光的吸收考虑为容积吸收,差别较大。因此在生物传热的研究中,激光加热不能简单地按第二类边界条件处理。     

辐射加热Al等离子体的吸收谱实验

报道了辐射加热Al样品的K壳层辐射吸收谱实验. 在神光Ⅱ激光装置上，将8路主激光注入锥柱型金腔产生高温辐射源，利用该辐射源加热腔内的Al薄膜样品，产生温度达到几十电子伏的热稠密等离子体. 相对主激光延迟一定时间后，利用第9路激光短脉冲聚焦打靶加热金盘，产生短脉冲X光点光源. 通过测量075—085nm波长范围内未经样品衰减以及经过样品衰减后的背光源辐射光谱，得到了Al样品的K壳层吸收谱. 利用细致谱线计算的吸收谱对实验光谱进行拟合，确定了Al样品等离子体的电子温度.     

辐射加热Al等离子体的吸收谱实验

报道了辐射加热Al样品的K壳层辐射吸收谱实验. 在神光Ⅱ激光装置上，将8路主激光注入锥柱型金腔产生高温辐射源，利用该辐射源加热腔内的Al薄膜样品，产生温度达到几十电子伏的热稠密等离子体. 相对主激光延迟一定时间后，利用第9路激光短脉冲聚焦打靶加热金盘，产生短脉冲X光点光源. 通过测量075—085nm波长范围内未经样品衰减以及经过样品衰减后的背光源辐射光谱，得到了Al样品的K壳层吸收谱. 利用细致谱线计算的吸收谱对实验光谱进行拟合，确定了Al样品等离子体的电子温度. 关键词： Al等离子体 吸收谱 不透明度     

膜蒸馏装置热容腔流场数值模拟的可行性分析

本文运用CFD软件,采用水作为工质,在第Ⅲ代膜组件基础上,对旋转切向入流空气隙膜蒸馏热容腔内的流场进行了模拟计算,通过数值模拟结果与实验数据的比较分析,验证了针对膜组件热容腔进行理论模拟所设置的物理模型和边界条件是符合实际的,理论模拟值和实验值的误差在20%范围内,其结果较为理想.     

激光直接加热自背光法辐射不透明度测量方法探索

本文提出一种基于单束激光直接加热多层平面靶开展 稠密等离子体辐射不透明度特性研究的靶物理设计并对其进行了实验验证. 在XG-II激光装置上, 采用三倍频束匀滑激光辐照Au/CH/Al/CH多层平面靶产生背光源和Al样品等离子体, 通过观测背光源经样品等离子体衰减后的透过谱得到样品等离子体的辐射吸收性质. 采用Multi-1D程序对激光加热多层靶进行了辐射流体力学数值模拟, 给出了样品等离子体状态及其时间演化过程. 利用细致谱项模型 (DTA) 对实验测量的Al等离子体吸收谱进行理论分析, 表明等离子体温度在20–70 eV之间, 该结果与辐射流体力学模拟结果基本一致. 关键词： 吸收光谱 自背光 激光等离子体     

固体棒状热容激光器的热分析

 计算出固体棒状热容激光器在不同散热边界条件下的温度分布和随时间的演变，与实验测量的结果进行了对比。计算结果表明：激光器工作在热容模式时，不同散热边界条件下激光介质内的温度分布在激光发射期间区别不大，激光发射期间，激光介质内的温度分布主要取决于泵浦光的吸收。但是散热过程中的不同散热边界条件下温度分布演化大不相同，此时的温度分布主要取决于散热边界条件。     

冷冻靶制备中辅助加热的理论和数值分析

 为了补偿惯性约束聚变（ICF）冷冻靶冷却过程中非球对称腔体的热流分布，通常在冷却的同时在腔外壁上施加辅助加热。在间接驱动靶中建立了1维热传导理论模型，分析所需辅助热流密度，同时在2维轴对称模型下，利用计算流体力学的FLUENT程序，对辅助加热机制进行了热力学模拟。当把辅助加热设在腔外壁的中平面上下各1.3 mm的范围时，得到了最佳辅助热流密度为635 W/m²，与理论结果基本一致。     

恒热流加热开口腔自然对流的可视化实验和数值模拟

本文采用激光全息干涉和激光片光照射烟可视化方法获得了恒热流加热的二维开口腔自然对流问题的温度场和流场,并进行了数值分析.实验结果与数值模拟结果吻合.数值计算表明方腔内流体的流通量与Ra*和深高比B有关,当Ra*＞104时随深高比B增加流通量增加;B×Nu与深高比B呈线性关系.利用B×Nu与深高比B的线性关系,通过引入当量导热系数λc,本文还给出了加热壁面的平均温度的简单计算方法.     

薄层物料受激光脉冲热作用的数值模拟

有别于传统的将加热光源作为第二类边界条件的传热计算方法,考虑到激光与薄层多孔材料热相互作用,将激光加热处理为在被加热物料内沿光程按指数规律衰减的内加热源,考虑到薄层多孔材料在大功率微秒脉冲激光作用下可能会出现极为明显的非傅立叶效应,采用非傅立叶导热的双曲型模型描述多孔材料内的传热过程,并用有限差分方法对其进行数值求解,重点分析并讨论了薄层多孔材料的非傅立叶导热现象与物料的光学性质之间的相关关系。     

高强度激光加热薄层物料的数值模拟

本文对一侧表面存在对流换热的薄层物料受高强度脉冲激光加热的双曲型热传导问题利用有限差分方法进行了数值求解。考虑激光的容积吸收,将高强度脉冲激光处理为沿光程指数衰减的内热源。本文对考虑容积吸收及对流换热的影响后双曲型热传导方程的计算结果进行了分析。     

靶材吸收率变化与烧蚀过程熔融前靶材温度分布

讨论了脉冲激光沉积法中烧蚀阶段熔融前靶材吸收率的变化对于其温度分布的影响. 给出了靶材吸收率随时间的变化规律，并在此基础上，利用较为符合实际的高斯分布表示脉冲激光输入能量密度，建立了相应的热传导方程. 结合适当的边界条件，利用有限差分法，以硅靶材和钨靶材为例，给出了靶材熔融前温度分布随时间和深度变化的演化分布规律，同时对相关过程的物理图像进行详细的讨论.对于吸收率的变化与脉冲激光能量密度的分布对于相应过程的影响，进行了分析讨论. 结果表明，在脉冲激光中间的持续过程中，忽略靶材吸收率的变化对于最终的模拟结果有重要影响，从而导致理论结果与实验数据有较大差异. 关键词： 脉冲激光沉积 吸收率 有限差分 温度演化     

Dynamics of a Boundary Layer in Nonlinear Total Internal Reflection Inside a Laser Resonator

Computer simulation of the processes occurring in a thin layer of absorbing liquid adjoining a transparent dielectric with internal reflection from the interface is carried out for the case where the reflector is incorporated into the resonator of a solid-state laser. It is shown that the process of heating the liquid layer near the wall is essentially nonadiabatic. The sharp increase in the pressure of the liquid in the period of maximal heating leads to a situation where the temperatures of switching on and switching off of the total internal reflection at the interface become substantially different. The difference becomes smaller with decrease in the liquid-layer thickness due to a more efficient heat removal, which displays itself as a change in the character of single-pulse laser generation. Periodic emission of nanosecond pulses in the liquid layer in a quasistationary lasing regime is found, whose characteristic feature is stabilization of the liquid-layer temperature.     

封闭空间中易燃混合气体在HF和CO2激光作用下的燃烧引发

研究了封闭圆柱石英腔中化学计量CH4：O2混合气的燃烧试验。使用了非定域脉冲HF激光触发和直接使用脉冲CO2激光器助燃两种引燃方法。第二种引燃方法是使用小剂量的可以强烈吸收脉冲CO2激光辐射的sF6来加热易燃混合气。研究了燃烧过程,并确定了燃烧辉光的谱线特征。试验表明,即使在小体积反应器中,固定数量反应气的快速激光加热也能够极大地加速燃烧进程并达到混合气燃烧的爆炸模式。得到了阈值情况下沿腔轴的初始温度分布。     

脉冲激光烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布与激光功率密度分布的研究

用较为符合实际的高斯分布表示了脉冲激光输出功率密度分布，讨论了脉冲激光功率密度分布函数形状变化对烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布的影响。建立了考虑热源项的热传导方程，并给出了相应的边界条件。以Si为例，用有限差分方法模拟了温度随时间、位置的变化规律，模拟过程中强调了对边界条件的处理，使整体截断误差保持最小。通过改变脉冲激光功率密度分布函数的形状，分析了温度分布的变化。结果表明，相比恒定脉冲功率密度输出，功率密度高斯分布的激光束与靶材作用时高温阶段的温度变化率变大，靶材表面熔融时刻热扩散距离增加；当激光器上升沿变陡时，在有效作用时间内温度上升得更快，对加工区域周围热效应的影响明显减弱，而热扩散距离变小。     

基于双相延迟模型的飞秒激光烧蚀金属模型

为了分析飞秒激光烧蚀过程,在双相延迟模型的基础上建立了双曲型热传导模型.模型中考虑了靶材的加热、蒸发和相爆炸,还考虑了等离子体羽流的形成和膨胀及其与入射激光的相互作用,以及光学和热物性参数随温度的变化.研究结果表明:等离子体屏蔽对飞秒激光烧蚀过程有重要的影响,特别是在激光能量密度较高时;两个延迟时间的比值对飞秒激光烧蚀过程中靶材的温度特性和烧蚀深度有较大的影响;飞秒激光烧蚀机制主要以相爆炸为主.飞秒激光烧蚀的热影响区域较小,而且热影响区域的大小受激光能量密度的影响较小.计算结果与文献中实验结果的对比表明基于双相延迟模型的飞秒激光烧蚀模型能有效对飞秒激光烧蚀过程进行模拟.     

多谱线He-Ne激光器中棱镜组件的热变形研究

拉曼散射分析通常使用多谱线He-Ne激光器作为光源。通过建立多谱线He-Ne激光器腔内棱镜组件的有限元模型,并进行热变形分析,得到了棱镜组件的热变形位移结果。讨论了在棱镜角度改变时多谱线He-Ne激光器输出谱线的变化情况,通过实验进一步验证了仿真结果的准确性。结果表明:多谱线He-Ne激光器长时间工作会使温度升高,严重影响其腔内棱镜的偏转角度,使得其输出谱线发生一定的漂移。当腔内温度继续升高到一定值时会导致激光器不出光,此时,应当采取散热装置或者温度控制措施。     

利用钟跃迁谱线测量超稳光学参考腔的零温漂点

在87Sr光晶格钟实验系统中,通过将自由运转的698 nm激光频率锁定在由超低膨胀系数的玻璃材料构成的超稳光学参考腔上,从而获得短期频率稳定性较好的超稳窄线宽激光.超稳光学参考腔的腔长稳定性决定了最终激光频率的稳定度.为了降低腔长对温度的敏感性,使激光频率具有更好的稳定度和更小的频率漂移,利用锶原子光晶格钟的钟跃迁谱线,测量了698 nm超稳窄线宽激光系统中超稳光学参考腔的零温漂点.通过对钟跃迁谱线中心频率随温度的变化曲线进行二阶多项式拟合,得到698 nm超稳窄线宽激光系统的零温漂点为30.63℃.利用锶原子光晶格钟的闭环锁定,测得零温漂点处698 nm超稳窄线宽激光系统的线性频率漂移率为0.15 Hz/s,频率不稳定度为1.6×10^–15@3.744 s.     

影响激光加热运动圆柱体的加热线型的分析

 采用几何分析的方法研究激光加热运动圆柱体的过程，在说明加热线型的概念和意义后，讨论了在地平面上各点处所具有的加热线型的时间宽度，从而指出，为了激光有效加热运动圆柱体，激光器应当怎样在地平面上放置的原则。即根据激光器有效工作时间与圆柱体抛射时间的比例关系选择一定的相对时间宽度等值线，以此等值线为界在地平面上划出一有效区域，并从中选取距离轨道最近的点作为激光器的放置点。当考虑大气对激光的衰减作用时，激光以小于一定入射角阈值进行动态加热的总能量将出现极大值，在此处放置激光器最有利于动态加热。     

连续波DF化学激光器光斑上下游光谱测量

通过分析非稳腔DF化学激光器光腔内激光路径特性,指出非稳腔DF化学激光器输出光斑上下游光谱振荡路径不同导致输出光谱存在一定差异。试验测量了一台连续波DF化学激光器光斑上下游光谱,结果表明:非稳腔DF化学激光器光斑上下游光谱主要谱线成分未见显著差异;光斑上下游谱线相对强度存在一定差异;光斑上游各谱带相对强度最大值谱线转动量子数趋向于各谱带低转动量子数方向。根据实测光谱,对光斑上下游光谱所表征光腔温度和相对粒子数范围进行了估算,得到光腔上游平均温度要低于光腔下游平均温度。     

Laser-heated boundary of transparent and absorbing materials

Temperature profiles near the boundary of an absorbing and a transparent media under laser heating of the absorbing medium, which is in contact with the transparent medium, are calculated. An exact solution for the heat conductivity equations with constant coefficients for rectangular laser pulses is obtained. The results of calculations are presented as a family of curves with dimensionless parameters which are used to recover the temperature-distribution profiles near the interface of any pair of materials, one of which is transparent for laser emission. As an example, laser heating of a graphite-diamond interface is considered. Talk presented at the oral issue of J. Russ. Laser Res. dedicated to the memory of Professor Vladimir A. Isakov, Professor Alexander S. Shumovsky, and Professor Andrei V. Vinogradov held in Moscow February 21–22, 2008.