Laser Cooling Using Anti-Stokes Fluorescence in Yb^(3+)-Doped Fluorozirconate Glasses

The fluorozirconate glasses ZBLANP( ZrF\-4-BaF\-2-LaF\-3-AlF\-3-NaF-PbF\-2) doped with different Yb\+ 3+ concentration were prepared. The Raman spectra and absorption spectra are measured to substantiate the existence of phonon-assisted emission. After analyzing the normalized absorption spectra of samples with different Yb\+ 3+-doped concentration, we calculated the maximum cooling effect in the 3 wt% Yb\+ 3+-doped sample pumped at 1 012.5 nm. The corresponding cooling capability is about -4.09 ℃/W and the cooling efficiency reaches 1.76%.

Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes

The micro mechanism of anti-Stokes fluorescent cooling was investigated on molecular or ionic scale. A new conception of single molecule-photon cryocooler (SMPC) was given, and the smallest cryocooler in the world was predicted. We described SMPC and its running principle in detail. The quantum transition processes of SMPC and the largest cooling coefficient that SMPC can get in an optical transition were given. Also we studied the random property of SMPC in cooling processes. The thermodynamic behavior of single Yb3+ ion as a photon cryocooler was imitated.

壁面冷却空气对贫油吹熄特性影响的激光诊断研究

针对燃烧室中冷却壁面的冷却气膜会影响燃烧室内的流场、改变回流区结构,从而影响贫油吹熄特性这一问题,在一带有气膜冷却的旋流燃烧室上开展了不同壁面空气占比下的贫油吹熄极限测量。结果表明:壁面冷却空气占比达到0.2时,不同燃油流量下,以全局空气流量计算,燃烧室吹熄当量比降低的范围在0.09~0.1之间;以主流空气计算,吹熄当量比降低范围在0.01~0.028之间。为了更加深入研究这一规律的原因,开展了平面激光诱导荧光(PLIF)激光诊断测量,可知引入壁面冷却空气后,OH基更集中分布在靠近燃烧室底部的火焰根部。在稳定火焰工况中,与近吹熄火焰相比,在燃烧室底部附近的火焰中央有大量OH基分布,这将有助于火焰的稳定,并拓宽贫油吹熄极限。米氏散射实验结果表明,引入壁面冷却空气后可使燃油液滴更集中分布在燃烧室底部附近,这将导致根部火焰局部当量比提高,易于形成稳定的火焰。结合所得实验结果,在所使用的旋流模型燃烧室内,加入占比为0.2的壁面冷却空气,可以拓宽燃烧室的贫油吹熄极限,有助于火焰的稳定。研究结果有望对带有冷却气膜的燃烧室的燃烧稳定性调控问题提供一定的理论指导。

固体中反斯托克斯荧光制冷的两种基本机制

研究和论述了激光制冷的两种机制——ＡＳＦＣＳＣ和ＡＳＦＣＥＴ，以及它们的相互关系和应用条件．提出了双机制并行制冷的概念，探讨了双机制并行制冷的可能性．

荧光制冷器的未来发展

反斯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。根据反斯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LosAlamos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—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。

反斯托克斯荧光制冷技术综述

分析了反斯托克斯荧光制冷的原理,回顾了其发展历史。分析了常用的基于Yb3+、Tm3+和Er3+等激光制冷材料的性质,着重介绍了激光制冷的实验研究现状,并详细介绍了当前激光制冷器的最新结构设计和实验结果,特别是美国LosAlamos实验室的激光制冷器的结构设计和运转情况。讨论了制约激光制冷效率的因素,同时探讨了提高激光制冷效率的方法和途径,并对反斯托克斯荧光制冷技术的应用前景及其未来发展方向进行了探讨与展望。

激光制冷

介绍了激光制冷的特点、原理以及发展历史 ,描述了典型的激光制冷装置及其工作过程 ,指出了目前激光制冷存在的问题和今后的研究方向。

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。

反斯托克斯荧光制冷技术的研究

自 1995年Epstein实现了光与热的制冷效应的历史性突破以来 ,由于该制冷方法具有全光性的独特优点 ,同时制备的制冷器具有无振动和噪声、无电磁辐射、体积小、质量轻、可靠性高等特点 ,因此反斯托克斯荧光制冷器在军事、航天卫星、微电子、低温物理与工程等领域具有非常诱人的应用前景。首先介绍了该制冷方式的发展历史、研究现状和激光制冷的研制水平 ;其次运用热力学基本定律对反斯托克斯荧光制冷过程中的能量转换关系及转换深度着重进行了分析 ,得出了这一过程的最大热力学效率的计算公式 ,为设计激光制冷器提供了热力学限制上限 ;

超声射流下^12C^16O^＋离子A^2Ⅱ1/2,3/2←X^2∑^＋激光诱导荧光激发谱

用一束波长为230.1nm的激光,通过(2+1)共振增强多光子电离(REMPI)过程激发超声射流冷却的CO分子制备处于基电子态X2∑+的CO+离子,随后引入另一束可调谐激光将CO+离子激发至A2Ⅱ1/2,3/2态,利用光电倍增管(PMT)检测发射的荧光信号强度随激发光波长的变化,分别在487-493nm和453-459nm波长范围内获得了CO+离子A2Ⅱ1/2,3/2←X2∑+电子态跃迁(0,0)和(1,0)带的激光诱导荧光(LIF)激发谱.

超声射流冷却丁二酮的激光诱导荧光激发谱

在超声射流条件下获得了丁二酮在 4 32 4 51nm波段的激光诱导荧光激发谱 .在前人标识为 0 00 带谱峰的红端观察到 3个很弱的谱峰分别位于 0 ,87,97cm- 1 处 (以 2 2 182cm- 1 为 0cm- 1 ) .在 87和 97cm- 1 附近精细扫描 ,观测到 87和 97cm- 1 谱峰的隧道分裂分别为 1.0 5cm- 1 和 1.68cm- 1 ,与理论计算的分裂值符合得很好 ,从而确定了S1 ←S0 跃迁 0 00 带的位置在 2 2 182cm- 1 .87cm- 1 和 97cm- 1 处的谱峰分别为丁二酮基态S0 到激发态S1 的卡齿模 (G1 0 )和反卡齿模 (A1 0 )振动激发 .此外 ,首次对丁二酮S1 —S0 态激光诱导荧光激发谱进行较完整的标识 ,得出S1 态的羰基骨架扭曲振动模的振动频率 91.1cm- 1 ,非谐性常数 4 .875cm- 1 .

超声射流CCl_2自由基激光诱导荧光激发谱

对CCl4/Ar混合气体脉冲直流高压放电产生CCl2自由基,在超声射流冷却下获得了CCl2A珟1B1-X珟1A1420～600nm波长范围的激光诱导荧光激发谱,系统标识了9个带系,81个振动带,其中56个振动带是我们新标识的.通过CCl2自由基的超声射流LIF谱与常温下压力为150Pa左右的LIF谱相结合分析,初步证实CCl2自由基电子态带源为17255.04cm-1.

反斯托克斯荧光制冷的热力学分析

从 1995年Epstein实现了光与热的制冷效应的历史性突破以来 ,由于该制冷方法具有全光性的独特优点 ,同时制备的制冷器具有无振动和噪声、无电磁辐射、体积小、重量轻、可靠性高等特点 ,故反斯托克斯荧光制冷器在军事、航天卫星、微电子、低温物理与工程等领域具有非常诱人的应用前景。运用热力学基本定律对反斯托克斯荧光制冷过程中的能量转换关系及转换深度进行分析 ,推导出这一过程的最大热力学效率的计算公式 。

单分子-光子制冷泵

在分子尺度上研究了反斯托克斯荧光制冷的微观机制，首次提出“单分子一光子柔（ＳＭＰＣ）”概念．阐述了单个分子就可以制冷的观点，提出了在特定的条件下，单个分子可成为一台最小制冷机．通过分析该“单分子一光子泵”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“单分子一光子泵”制冷效率的关键条件．

反斯托克斯荧光制冷的发展回顾和研究现状

从 1 995年 Epstein实现了光与热制冷效应的历史性突破以来 ,由于该制冷方法具有全光性的独特优点 ,同时制备的制冷器具有无振动和噪声、无电磁辐射、体积小、重量轻、可靠性高等特点 ,因此反斯托克斯荧光制冷器在军事、航天卫星、微电子、低温物理与工程等领域具有非常诱人的应用前景。文中首先介绍了反斯托克斯荧光制冷的物理原理 ,其次着重介绍了该制冷方式的发展历史和研究现状 ,最后对这一研究作了展望。

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-StokesFluorescentCooling)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。

反斯托克斯荧光制冷的研究进展与综述

反斯托克斯荧光制冷 (Anti StokesFluorescentCooling)也被称为激光制冷 (LaserCooling)。自 1 995年以来 ,该项研究取得了飞速的发展。目前 ,人们利用激光制冷的方法已经得到了比家用冰箱冷冻室还低的温度 ,并能够利用半导体量子阱材料得到低于液氮温区的降温。由于这项技术具有全光性 ,它的制冷器具有体积小、重量轻、无电磁辐射、无振动、无噪声等特点 ,因此也就具有了非常诱人的应用前景和符合军事、空间、集成光学、微电子、医学等领域的特殊要求 ,而被国外研究者所重视。做为一项基本技术 ,激光制冷研究的突破必然会导致许多对温度有特殊要求的高技术实用化 ,推动那些领域向前发展。本文详细地介绍了反斯托克斯荧光制冷研究的历史和最新进展 ,详细地介绍了该项研究中的方法和理论。着重介绍了激光制冷的热力学限制、发光过程的热力学理论 ,探讨激光制冷产生的机制和制冷理论。最后 ,对激光制冷器的发展前景和设计依据进行了讨论 ,尝试性地探讨了线圈型制冷器、用于芯片的制冷器和单分子 光子泵型制冷器的应用考虑。

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荧光制冷材料时 。

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问题，根据吸收光谱和荧光发射谱，对Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ１０１溶液的反斯托克斯荧光制冷能力进行了数值计算。

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。