一、Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes（论文文献综述）
王中林[1]（2015）在《脉冲泵浦稀土掺杂固体的荧光辐射制冷特性研究》文中研究指明固体激光制冷是一种固态物质通过与激光相互作用而达到宏观温度降低的物理过程,当前多指近单色光激发下的荧光辐射制冷。基本物理学思想是针对给定内部自由度的特定固态物理体系,可以借助光子辐射作为“热能转移媒介”来降低其晶格固有振动能量。固体激光制冷通常以激光诱导发光中心产生反斯托克斯荧光辐射为基本物理原理,是一种全光学制冷技术,具有无振动、无噪声、无电磁污染等独特优势,在国防军事工业、空间遥感领域等具有特殊性质的领域有着巨大的发展潜力。近年来研究人已经相继在Yb、Tm、Er等稀土掺杂材料中实现了反斯托克斯荧光制冷,并发展了相应的理论模型对制冷性能和制冷潜能进行理论预计和评价。目前广泛使用的物理模型是基于连续激光泵浦方案下的稳态制冷机制,而实际上采用脉冲泵浦方案,无论在原理上还是实验上都具有改善激光制冷性能的潜在优势。本文发展了脉冲泵浦方案的固体激光制冷模型,以Tm掺杂晶体反斯托克斯荧光制冷为例,论证了脉冲泵浦方案用于改善荧光制冷性能的可行性和有效性,给出了实际操作的优化技术方案。本论文基于反斯托克斯荧光制冷的SBE理论,结合Tm3+特殊的3F4与3H6能级特点与固体激光制冷基本物理学思想,给出掺铥固体稀土材料的反斯托克斯荧光制冷物理方案,建立铥离子三能级体系能级速率方程模型,详细推导了连续激发与脉冲激发条件下系统的制冷功率、制冷效率以及热平衡动力学描述。分析了脉冲激光制冷Tm3+:YLF晶体的性能。脉冲泵浦条件下各能级粒子数不再具备稳态,而是随着泵浦光的有无做剧烈增减变化。计算饱和吸收功率以及达到稳定的辐射功率情况下的泵浦光强,得出吸收功率与辐射功率随泵浦强度变化曲线趋势有着一致性,计算最高净制冷功率以及所对应的最高制冷效率。随后进行了脉冲激光制冷方案的数值优化,得到Tm3+:YLF晶体反斯托克斯荧光制冷体系制冷性能的最优方案为:占空比25%,脉冲重复频率250s-1,脉宽0.2ms。最后对周期性调制脉冲与连续波激发方案下制冷性能进行比较分析,得到了脉冲泵浦在制冷功率与制冷效率方面的优势。
代静[2]（2014）在《铥掺杂固体上转换荧光制冷特性的理论研究》文中进行了进一步梳理固体介质的激光冷却是光与物质相互作用产生的一种奇特的非线性光热动力学现象,通常基于反斯托克斯荧光原理。固体介质的激光冷却为实现全固态光学制冷器提供了一种可行的途径,因其具有无污染、无振动、无电磁噪声等独特优点,在集成光电子回路及航天探测器件的制冷技术领域具有非常重要的应用前景。近年来人们相继在三种稀土离子Yb、Tm、Er掺杂固体材料中实现了反斯托克斯荧光冷却操作,除Yb掺杂晶体获得了室温下大范围净制冷温降近190K外,Tm掺杂晶体仅获得了室温下净制冷温降～24K, Er掺杂晶体的制冷结果更加微弱。针对Tm掺杂制冷介质,单纯的反斯托克斯净制冷能力因其固有的多能级结构而受到了限制,为了增强Tm掺杂固体的净制冷能力,就需要进一步改进或提出新的制冷方案与物理机制。本论文根据Tm离子的特殊能级结构,提出了利用共振上转换泵浦辅助制冷的新方案,借助高效的上转换荧光提供额外的荧光制冷通道,进而提升净制冷功率,使制冷能力向低温区拓展。本文以固体激光制冷的SBE理论为基础,提出Tm掺杂固体的上转换荧光制冷方案,并发展上转换荧光制冷物理模型,给出完善的解析描述,探讨上转换制冷方案的特点和优势。详细分析上转换泵浦方案所引起的荧光制冷功率的显着提升,明确给出上转换泵浦与基态泵浦强度之间的匹配关系,讨论在上转换泵浦作用下,制冷贡献由传统的反斯托克斯制冷为主导向上转换荧光制冷为主导的演变过程和临界问题,理论上指出上转换制冷方案有助于显着提升荧光制冷功率,增强制冷体系的低温制冷能力。采用低声子能Tm掺杂σ偏振YLF晶体,系统地分析上转换荧光制冷特性及其可获得的制冷温度极限。数值研究上转换制冷体系的光吸收与辐射行为,模拟上转换荧光制冷谱和制冷性能的泵浦功率依赖变化,以及上转换制冷方案下达到辐射热平衡状态的制冷温度,数值评估上转换荧光制冷的低温制冷潜能。考虑到氟化钇锂晶体为光学各向异性晶体,具有σ偏振和π偏振两种偏振激发状态。由于Tm离子吸收与辐射的偏振光谱差异,决定了σ偏振和π偏振Tm:YLF晶体将表现出不同的上转换制冷特性。基于Tm:YLF晶体的偏振光谱分析,系统地研究π偏振与σ偏振Tm:YLF晶体的上转换荧光制冷特性及其差异。对比分析偏振谱依赖的近共振吸收特性、光吸收与辐射动力学的偏振谱响应和激发功率响应,以及上转换制冷温度极限的偏振谱响应等,数值评估π偏振与σ偏振Tm:YLF晶体的本征制冷温度极限,以及考虑环境热负载情况下的实际可获得的制冷温度极限,指出更适宜用来获得更低制冷温度的偏振方式,并确定可用来获得更低制冷温度的泵浦源参数要求。本论文的理论研究结果为改善铥掺杂掺杂固体的激光制冷性能提供了新的物理机制和实现方案。
秦伟平,杜国同,许武,陈宝玖,秦冠仕,黄世华[3]（2001）在《Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes》文中进行了进一步梳理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.
二、Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes（论文提纲范文）
（1）脉冲泵浦稀土掺杂固体的荧光辐射制冷特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 固态介质的激光制冷原理及方案 |
| 1.3 铥掺杂固体激光制冷的研究进展及现状 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 铥掺杂固体的连续波激光制冷性能分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 铥离子反斯托克斯荧光制冷的准三能级模型 |
| 2.2.1 连续激发反斯托克斯辐射的速率方程描述 |
| 2.2.2 连续激发-辐射过程的稳态求解 |
| 2.2.3 连续激光制冷功率与制冷效率 |
| 2.2.4 连续激光制冷的热平衡动力学模型 |
| 2.3 连续激发铥掺杂固体的激光制冷性能分析 |
| 2.3.1 稳态布居数的激发动力学响应 |
| 2.3.2 净制冷功率和制冷效率计算 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 周期性调制脉冲激光制冷方案及理论建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 周期性调制脉冲激发三能级体系的布居数动力学方程 |
| 3.3 周期性调制脉冲激光制冷的辐射热平衡动力学模型 |
| 3.3.1 脉冲激发的动态吸收功率 |
| 3.3.2 脉冲激发的瞬态反斯托克斯辐射功率 |
| 3.3.3 平均制冷功率和有效制冷效率的物理表征 |
| 3.3.4 脉冲激光制冷的热动力学描述 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 脉冲激光制冷铥掺杂固体的性能分析及方案优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 脉冲激光制冷Tm:YLF晶体的性能分析 |
| 4.2.1 布居数的脉冲激发动力学响应 |
| 4.2.2 吸收功率与荧光辐射功率 |
| 4.2.3 净制冷功率的数值计算与讨论 |
| 4.2.4 制冷效率的数值计算与讨论 |
| 4.3 脉冲激光制冷方案的数值优化 |
| 4.3.1 制冷性能对脉冲峰值功率的依赖关系 |
| 4.3.2 制冷性能对占空比的依赖关系 |
| 4.3.3 制冷性能对脉宽的依赖关系 |
| 4.3.4 脉冲激光制冷的优化方案 |
| 4.4 周期性调制脉冲与连续波激发方案下制冷性能比较分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）铥掺杂固体上转换荧光制冷特性的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 固体激光制冷的研究背景及意义 |
| 1.2 固体激光制冷的物理原理 |
| 1.3 固体激光制冷的潜在应用及低温制冷 |
| 1.4 固体激光制冷的研究进展及现状 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 铥掺杂固体上转换荧光制冷的解析建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 铥掺杂体系上转换制冷方案与物理构想 |
| 2.3 上转换荧光制冷的六能级物理模型 |
| 2.4 上转换荧光制冷过程的解析描述 |
| 2.4.1 激发光场的近共振吸收及其饱和效应 |
| 2.4.2 辐射光谱平均荧光波长的温度依赖关系 |
| 2.4.3 上转换荧光制冷功率与制冷效率 |
| 2.4.4 荧光制冷体系的辐射热平衡 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 Tm:YLF晶体上转换荧光制冷特性的数值分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光谱分析与物理参数 |
| 3.3 吸收与辐射行为的数值分析 |
| 3.3.1 近共振吸收及其饱和现象 |
| 3.3.2 辐射光谱的平均荧光波长漂移 |
| 3.4 上转换辅助荧光制冷谱的数值分析 |
| 3.4.1 制冷性能随基态泵浦波长的演化谱 |
| 3.4.2 制冷性能随上转换泵浦波长的演化谱 |
| 3.5 上转换制冷对泵浦光功率依赖行为的数值分析 |
| 3.6 上转换制冷辐射热平衡温度的数值计算 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 Tm:YLF晶体上转换制冷动力学的偏振谱依赖分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Tm:YLF晶体π-σ偏振光谱分析 |
| 4.3 偏振谱依赖的近共振吸收特性 |
| 4.4 上转换荧光制冷特性的偏振谱依赖分析 |
| 4.4.1 吸收与辐射特性的π-σ偏振光谱响应及差异 |
| 4.4.2 吸收与辐射特性的π-σ偏振激发功率响应及差异 |
| 4.4.3 上转换制冷温度极限的π-σ偏振谱响应及差异 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes（论文参考文献）
- [1]脉冲泵浦稀土掺杂固体的荧光辐射制冷特性研究[D]. 王中林. 哈尔滨工程大学, 2015(06)
- [2]铥掺杂固体上转换荧光制冷特性的理论研究[D]. 代静. 哈尔滨工程大学, 2014(03)
- [3]Theory on single molecule-photon cryocooler——Conception and quantum transition processes[J]. 秦伟平,杜国同,许武,陈宝玖,秦冠仕,黄世华. Science in China,Ser.A, 2001(01)