热电制冷器温度依赖的材料参数的提取

为获取通常情况下大部分厂家保密但在计算过程中所必须的热电制冷器(TEC)的热电材料参数,对温度依赖的热电材料参数进行了提取.利用一款一级TEC性能的测试结果,基于热电基本公式,根据两种不同的材料参数取值方法分别建立了两个超定方程组,通过对这两个方程组进行求解,分别提取了两组TEC的热电材料参数.并用所提取的两组热电材料参数对另一款相同材料的5级TEC性能进行了计算以验证所提取材料参数的有效性.结果表明:厂家性能曲线误差随级数增加而增大,对于5级TEC,制冷温度误差可达20 K以上,这在TEC选型中应予以重视;本文所提取的材料参数在计算另一款5级TEC制冷温度时,不同制冷量下误差最大为1.6 K^6.1 K.同时,电压的计算结果表明计算模型中接触电阻是不可忽略的,通过所提取的电阻误差对电压的计算进行修正后,在TEC适用工作电流区间内,两组参数计算的电压相对误差分别小于4.80%和7.00%.本文方法计算的制冷温度误差约为极值法误差的1/5~1/2,约为厂家参数误差的1/10~1/4,准确度与有限元法利用热电材料参数实测值计算的结果近似,可有效的用于相同材料TEC的性能评估.

激光辐照下镀铬介质高吸收镜的热变形

为了分析激光辐照下反射镜热变形对光束质量的影响,本文建立了激光光束45°角入射时镀铬介质高吸收镜的热固耦合模型,对不同辐照光束下反射镜的热变形和镜体厚度对热变形的影响进行了分析,并用哈特曼波前传感器对自由边界条件下的镜面热变形进行了检测。结果表明：吸收功率在0.085-0.185 W时,镜面热变形随吸收功率的增加近似线性增加,随辐照光斑的增加而减小;反射镜厚度在1-5 mm范围,镜面热变形基本不变。在激光照射的初始阶段,反射镜表面温度和热变形迅速增加,在激光连续照射20 s后,镜面温度增加量逐步变缓,镜面热变形则在1 s以内就上升至0.27μm,之后变形量缓慢增加,在100 s后达到相对稳定状态;关闭激光后,镜面在120 s后恢复到初始状态。分析表明,产生误差的因素主要为光斑大小和辐照光束入射角度。

EMCCD相机热电制冷温度控制系统研究与设计

EMCCD作为当今世界上灵敏度最高的成像器件之一,在航空航天、夜视导航、生物医学等众多研究方向均有广阔的应用前景,为了降低EMCCD相机热生暗电流并提升相机倍增增益,需对相机芯片进行深度制冷并尽可能提高控温的稳定性,保障合适的温度变化速率。由于制冷温差大而导致需要为TEC提供较大的制冷功率,设计了可提供较大制冷功率的热电制冷系统与具有高稳定度的温度数据采集系统,并采用积分限幅的数字PID控制算法,可为TEC提供的最大制冷功率超过100 W、温度控制稳定度为±0.1℃,温度变化速率约为5℃/min,均满足指标要求,提升了EMCCD相机性能。

半导体制冷对镜面热变形影响的数值研究

为了减小激光辐照下反射镜镜面的热变形问题,建立了反射镜热变形的有限元分析模型。对不同制冷功率时的镜面热变形进行分析,然后针对吸收功率为50 W、光斑半径为镜体半径1/3时的TEM00模高斯光束对镜体结构进行优化,对优化后的反射镜在不同参数的TEM00模高斯光束和TEM10、TEM11模厄米特-高斯光束辐照下的热变形进行了分析。仿真结果表明,当施加滞后于激光辐照且与吸收功率近似大小的制冷时,有利于减小镜面热变形,且镜体最终会趋于相对稳定的热平衡状态。此外,当镜体背部切去一厚度为1.4 mm、内径为25 mm的环状区域时,热变形峰谷(PV)值仅为0.005μm;同时,优化后的镜体也可在一定程度上减小其他参数激光辐照下的镜面热变形的PV值。对于TEM00模高斯光束和TEM10、TEM11模厄米特-高斯光束,均满足光学系统对热变形的要求。