辐射与发光 光辐射与辐射源

O432．1 2005020846 同步辐射单色器冷却压弯机构=Monochromator cooling bender in synchrotron radiation[刊,中]／柳晖(上海师范大 学机械与电子信息工程学院．上海(201418)),高雪官//光 学精密工程．-2004,12(6)．-608—613 研究了带有柔性铰链组合体的冷却压弯机构,以用于 减少晶体的热变形。给出了晶体热变形的种类及其机理, 以及冷却压弯机构的受力分析及机构结构。运用有限元     

低温单色器硅晶体界面接触热阻的实验研究

随着同步辐射装置的发展,同步辐射光源亮度不断地提高,其会对单色器硅晶体产生巨大的热负荷。若不及时有效地释放这些热负载,会导致晶体局部变形,从而影响光的传输效率。接触热阻是影响硅晶体散热能力的重要因素,因此设计和搭建了固体界面接触热阻的实验测量平台,测量不同填充材料及压力对接触热阻的影响。该研究不仅完善了硅晶体与无氧铜接触热阻在低温真空环境下的实验数据,也为晶体单色器的理论分析和冷却结构设计提供了可靠的参数保证。     

二维六角角晶体材料中的Dirac电子

本文综述由碳、硅、硼氮和二硫化钼等单元素或双元素构成的二维六角晶体材料中Dirac电子的研究成果与最新进展。文章从引言开始,接着介绍这些二维六角晶体材料的空间结构和基本电子性质;然后探讨外场调控下这些材料在能谱和光吸收、量子输运、激子凝聚和热Josephson效应,以及拓扑量子相变等方面所表现出来的新奇的物理现象、简要的理论处理和可能的应用前景;最后给出二维六角晶体材料相关研究的总结和展望。谨以本文献给南京大学建立物理学科100周年。     

二维六角晶体材料中的Dirac 电子

本文综述由碳、硅、硼氮和二硫化钼等单元素或双元素构成的二维六角晶体材料中Dirac 电 子的研究成果与最新进展。文章从引言开始,接着介绍这些二维六角晶体材料的空间结构和基本 电子性质;然后探讨外场调控下这些材料在能谱和光吸收、量子输运、激子凝聚和热Josephson 效 应,以及拓扑量子相变等方面所表现出来的新奇的物理现象、简要的理论处理和可能的应用前景; 最后给出二维六角晶体材料相关研究的总结和展望。谨以本文献给南京大学建立物理学科100 周 年。     

基于一维光子晶体微腔的全吸收器件

将具有高本征吸收的极化材料SiC引入到一维光子晶体中间,形成一维光子晶体微腔。利用传输矩阵方法,研究了这种含SiC材料的一维光子晶体微腔的光学特性:包括透射率、反射率和吸收率。研究结果表明该结构在波长λ=12.6μm处存在一个全吸收峰,该吸收峰在0°～50°的入射角度范围内不随角度和偏振模式的影响。该结构可以用来制作宽角度窄带全吸收器件,有望在热发射、太阳能光伏电池中得到应用。     

双晶单色器弧矢聚焦晶体面形有限元分析

简要介绍了弧矢聚焦双晶单色器的基本原理、聚焦晶体的压弯以及鞍形形变的抑制,提出了柔性铰链弧矢聚焦晶体压弯机构,对弧矢聚焦晶体衍射面的子午形变和弧矢弯曲面形进行了有限元分析;用光学追踪程序SHADOW得出了弧矢聚焦晶体衍射面面形对单色器的光通量和分辨率的影响。     

近红外波段硅基金属光子晶体平板的亚波长成像特性

利用时域有限差分方法,理论上研究了由正方形金属嵌入背景材料硅中组成的二维正方晶格和三角晶格光子晶体的亚波长成像特性。采用Drude模型描述金属银的色散特性,在近红外波段该模型可以很好地描述金属的实际介电常数。通过结构参数的设计,在上述两种结构中实现了波长在1550nm附近的亚波长成像,并且发现金属对入射光的吸收使得成像位置处的光强稍有降低,但是对于光子晶体亚波长成像的质量并无影响。相对于通常的硅基空气孔型光子晶体亚波长成像器件,该种硅基金属型全固态光子晶体结构更加稳定,因而可以更好地在复杂全光集成回路中加以实际应用。     

液氮间接冷却晶体单色器第一晶体热变形模拟计算

针对上海光源U27波荡器光源, 用ANSYS有限元软件对晶体单色器第一晶体液氮间接冷却进行数值模拟, 给出晶体表面倾斜误差与热负载、冷却条件和布喇格角范围等因素的关系, 为晶体单色器的设计与制造提供热缓释依据. 晶体距光源中心24m时最大垂直入射功率密度约为60W/mm², 在布喇格角调节范围小于30°时, 晶体厚度大于30mm, 晶体吸收总功率上限可到240W, 即可满足SSRF储存环电子束流升级到400mA的需求, 采用正常液氮(78K)冷却晶体, 晶体表面热变形倾斜误差可控制在3arcsec以下.     

液氮冷却硅晶体单色器的流固耦合传热研究

液氮冷却硅晶体单色器是一个流固耦合传热系统,涉及固体部件之间的传热和计算流体力学(CFD)问题。硅晶体和无氧铜之间发生热传导,无氧铜和液氮之间进行对流换热。确定上述流固耦合传热系统的内部边界条件成为该系统研究的难点。因此,采用热流固三场耦合分析方法将液氮-无氧铜-硅晶体作为一个整体进行研究,计算时只定义系统的外部边界条件。该冷却结构设计考虑了硅晶体和无氧铜之间的接触热阻和液氮在冷却通道内的流动,因而模拟结果与实际状况更加接近,且此液氮间接冷却硅晶体单色器结构能够承受870W的热负荷将用于北京先进光源。     

HMX晶体热致相变对损伤的影响

HMX基PBX炸药混合体系中炸药晶体在发生高温熔化和分解反应之前，会率先发生非均匀热膨胀和固相晶型转变，使材料的力学性能和安全性能发生突变。为探究HMX晶体的热致相变对材料内部损伤演化的影响机制，发展了考虑HMX晶体热膨胀和相变等变形机制的热力耦合晶体本构模型，从力学角度揭示了黏结剂包覆HMX晶体相变对体积变形、应力状态以及裂纹成核演化过程的影响机理，量化分析了升温速率对材料相变和裂纹损伤状态的影响规律。结果表明：随着加载温度升高，HMX晶体的热膨胀和β→δ相变导致体积增大，晶体内部形成拉伸应力状态，同时晶体与黏结剂相互挤压形成的局部压剪作用使晶体内部出现裂纹成核和扩展现象。相变温度附近HMX晶体内部裂纹成核和扩展数量显著增加，晶体内部发生不可逆损伤。外界升温速率对晶体内部裂纹形核扩展与损伤造成显著影响，较高的升温速率会加大晶体损伤程度，增加炸药内潜在热点源及意外点火风险。     

腔镜热变形对非稳腔光场特性的影响

 研究了高功率气体激光器中谐振腔腔镜热变形效应。采用时间离散化方法,利用虚共焦折叠非稳腔3维物理光学负载模型和ANSYS热效应计算程序,将光腔稳态模式的快变过程与镜面变形的慢变过程耦合起来,研究了真实器件的腔镜变形和光场模式的相互作用;计算给出了16 s热变形下硅镜和石英镜面输出功率的下降程度和远场光束质量的退变程度：在16 s热效应下,硅镜实际光斑半径与理想光斑半径的比值变化小于1.5,而石英镜值变化达到4,可知长时运行下选用硅镜明显优越于选用石英镜。     

相变致冷镜的有限元结构优化

 镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果。比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果，并通过一阶非线性优化方法，得到较优的放射状结构：硅基基体外径80mm，厚度12.5mm，光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m²，当其最优沟槽深度为99mm，宽度为0.4mm时，光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm。     

光子晶体的能态密度及带隙特性

基于平面波展开法数值模拟了硅、锗、磷化铝和氮化镓三代半导体材料构成三角晶格光子晶体的带隙特性,并且验证了文献[3]中这几种材料构成光子晶体能态密度的分布,两者数据吻合较好,研究结果为光子晶体器件的构造提供理论依据。     

应用于精密振荡器的石英晶体温度特性研究

采用一种新型压电材料精确表征方法研究了不同环境温度条件下应用于振荡器的石英材料特性变化.测量了从室温至100℃不同稳定环境温度下AT切向石英晶体材料的电子阻抗共振特性,并采用基于模拟退火优化算法的压电材料精确表征方法对电子阻抗共振特性进行了准确的拟合,计算出了AT切向石英晶体材料在不同温度下包含损耗特性的复数形式材料参数.通过研究和分析温度变化对石英晶体材料参数及其损耗特性的影响,为具有稳定温度特性的精密振荡器设计提供了理论和技术支持.     

晶体塑性有限元在材料动态响应研究中的应用进展

作为连续尺度上描述各向异性非均质材料弹塑性变形的重要模拟工具,晶体塑性有限元能够有效预测材料的宏观力学性能,在工程设计方面起着重要的作用。在实际工程应用中,许多晶体材料在高应力、高变形率、高温等极端条件下服役,此时各向异性非均匀的微介观结构演化是理解材料动态响应的关键,这给晶体塑性有限元带来了巨大的机遇和挑战。首先简要综述了晶体塑性有限元的原理和方法,然后着重介绍其在材料动态响应中的应用,最后展望其在材料动态响应模拟方面的发展方向。     

一维光子晶体微腔在硅基材料发光中的应用研究

硅基材料的高效发光对未来硅基光电子集成的发展极其关键,含微腔的一维光子晶体可以显著提高其发光强度、窄化其发光峰.介绍了几种硅基材料发光的一维光子晶体微腔结构,包括单缺陷模式的对称与非对称结构、多缺陷模结构及电注入结构.利用传输矩阵法计算其缺陷模透射谱,以间接分析其发光谱.     

高能量密度激光器腔镜有限元分析

 通过对高能量密度激光器运行过程中腔镜存在的表面及背面吸收热量的有限元分析,得出腔镜表面在不同吸收热流密度和约束条件条件下热变形分布。指出提高腔镜反射率,改变腔镜的基底材料以及优化腔镜的约束条件是显著降低腔镜反射面变形的有效途径。     

热补偿腔镜热变形的研究

采用ANSYS有限元软件,系统模拟了强激光作用下的热补偿全反射硅镜的温度场分布和热变形.详细地研究了不同区域的热补偿和不同的热补偿功率大小对镜面变形峰谷值的影响.结果表明有效的热补偿对镜面变形峰谷值有很大的影响,在非光照区进行热补偿可以大大降低镜体的温度梯度,从而明显减小镜面变形的峰谷值.热补偿腔镜特别适合于机载或车载军用强激光器.     

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0.27 μm, 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。     

纯物质的光谱分析

一现代工业,特别是半导体、原子能工业和火箭技术的迅速发展,都要求有高纯度的材料。例如作为半导体重要材料之一的硅,有一个杂质原子存在于10~8--10~9个硅原手中,则硅晶体的导电性质显著地发生改变,即一克的硅中,合有10~(-13)克的杂质,硅晶体的性质就要受到影响。一般的半导体材料,杂质浓度达到10~(-6)—10~(-7)％时,就严重地改变它的结构和特性,以致不能作合用的半导体元件的原材料。原子能技