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。     

致冷镜相变材料的实验研究及应用分析

 研发了一种用于相变致冷的高热导率、固液转换时体积变化率小以及膨胀系数与Si基底接近的镓基相变合金材料;在实验室里模拟实际工况,对镓基相变合金材料试件进行了实验测试,确定某一组分编号可基本满足实际使用需求的镓基相变合金材料。按照实际应用条件对在强激光条件下填充在硅镜内部的该相变材料的应用效果进行了有限元的仿真计算, 结果表明：在初始温度为298 K的真空绝热环境中,热流密度为0.198 4 W/mm²,采用该镓基相变合金材料能够将镜面温度控制在313 K,抑制了镜面的热畸变。     

非均匀光斑导致相变镜镜面偏转的研究

 针对高功率激光器中非均匀光斑热致变形导致光轴偏转的问题，提出用相变致冷镜作为腔镜来减小镜面变形峰谷值和角向偏转，在2kW连续二氧化碳激光器上进行了热变形和光束漂移实验。实验表明，与普通实心硅镜相比，相变致冷镜镜面温度分布更均匀，可有效地减小镜面偏转角和光斑中心漂移，提高远场光束质量。     

Tm3+掺杂玻璃激光致冷新方案的理论分析

提出了一种用于块状Tm3 掺杂玻璃ZBLANP(ZrF4-BaF2-LaF3-NaF-PbF2)激光致冷的新方案,即通过两组相互垂直的高反射率平面镜的多次反射,增加对抽运光的吸收,为了减少抽运光在样品表面入射时的反射损失,抽运光以布儒斯特角入射。重点就该方案的样品致冷温度和时间常量进行了详细的理论计算与分析,从理论上分析了入射激光功率为1 W时致冷功率和反射次数的关系,研究了不同入射激光功率下致冷温度和反射次数的关系。结果表明,入射激光功率分别为3 W、4 W5、W时,样品可以分别从室温(300 K)被冷却到275.7 K、267.4 K、259.1 K。特别是在入射激光功率为4.5 W时,样品从室温开始被冷却到263.2 K,即致冷后样品的温度下降了36.8K,比传统致冷方法提高了约53.3%,相应的致冷时间常量为22.7 min。     

强激光反射镜基体材料的热畸变特性有限元分析

 利用有限元方法数值模拟了单晶硅（Si）、铜（Cu）、钨(W)、氧化铍(BeO)等镜体材料的热畸变特性。结果表明：当入射激光功率为2 kW、镜面反射率为93%、光斑直径为17 mm、激光照射时间为10 s时，四种材料基板的中心最大热变形分别为0.984，3.32，1.55，1.88 μm。相比之下，Si镜的热变形最小，是比较理想的镜体材料；Cu镜的热变形最大；W和BeO两种材料的镜热变形介于Si镜和Cu镜之间，具有较高的强度和硬度，抗破坏能力较强。     

用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜

采用反应离子束溅射和后退火处理技术在石英玻璃基底上制备了具有纳米粒子的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有半导体-金属相变特性,在3 μm处的开关率达到76.6%。 热致相变实验结果给出了准确的最佳退火温度为465 ℃. 仿真、热致相变和光致相变实验都显示VO₂薄膜在红外波段具有很高的光学开关特性. 光电池防护实验结果显示VO₂薄膜将硅光电池的抗干扰能力提升了2.6倍, 证明了VO₂在激光防护中的适用性. 采用连续可调节系统研究得到VO₂在室温条件下的相变阈值功率密度为4.35 W/cm², 损伤阈值功率密度为404 W/cm²。 低相变阈值和高损伤阈值都进一步证明VO₂薄膜适用于激光防护系统。本实验制备的VO₂薄膜在光开关、光电存储器、智能窗等方面也具有广泛的应用价值.     

半导体激光泵浦复合晶体固体激光器的热效应

为了验证复合晶体使用到半导体泵浦的固体激光器中与非复合晶体的区别,提高半导体泵浦的固体激光器的工作效率,开展了半导体激光泵浦YAP/Tm∶YAP复合晶体固体激光器的热效应的验证实验。采用有限元分析法,模拟了晶体温度及热应力的分布,并分析了热透镜长度的变化情况。结果发现,与非复合晶体相比,复合晶体的温度和热应力均有不同程度的下降,复合晶体工作时的最高温度降至其80%,热应力降至其70%。同时也验证了热透镜焦距不随非掺杂晶体长度的增大而改变,这也意味着复合晶体不能有效提高复合激光的光束质量,但是可以确保输出激光光束质量的稳定性。因此可以证实,使用复合晶体能够有效改善激光器的温度和力学特性,但不能优化固体激光器的光束质量。     

SA-AC/膨胀石墨的制备及性能研究

本文采用熔融混合-物理吸附法制备硬脂酸-乙酰胺共晶混合物/膨胀石墨(SA-AC/EG)复合相变材料,所得复合材料中SA-AC与EG的最佳质量比为9:1.采用SEM、FTIR、DSC、和TPS方法表征复合相变材料的微观形貌、化学兼容性、相变特性和热导率.实验结果表明,SA-AC与EG之间是通过毛细力和表面张力作用复合,复合相变材料的熔化温度和凝固温度分别为66.94℃和58.02℃,熔化焓和凝固培分别为186.8 J/g和187.8 J/g.实验所得复合相变材料的热导率高达5.909 W·m~(-1)·K~(-1),是原始相变材料(SA-AC)的17.58倍.经过500次加速加热冷却循环后,其热物性基本保持不变.因此,本实验所制备的SA-AC/EG复合相变材料具有较好的热稳定性和化学稳定性,是太阳能蓄热和工业余热回收利用的极具潜力的候选材料.     

不同复合相变材料用于电子器件控温性能的研究

本文实验研究了两种相变温度分别为59℃和85℃的有机物/膨胀石墨复合相变材料对模拟芯片的控温性能。在模拟芯片的发热功率分别为15 W、20 W和25 W条件下,测试了不同环境温度下两种复合相变材料对芯片的控温效果。结果表明,复合相变材料可以使模拟电子芯片的控制在100℃以下的时间延长38%~110%,在环境温度高达70℃的条件下也能达到控温需求。     

LD泵浦、1W输出的Nd:GdVO4半导体可饱和吸收镜连续锁模激光器

报道了激光二极管泵浦、采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现的Nd:GdVO4连续被动锁模运转激光器,得到了较大功率输出(接近1 W)的连续锁模激光.设计了四镜z型折叠激光谐振腔,在不同曲率半径的腔镜及不同的腔长条件下,分别获得了重复频率为250 MHz和100 MHz的稳定连续锁模脉冲输出.采用透过率1%的输出耦合镜,在泵浦功率为6.9 W时,得到连续锁模激光输出功率970 mW,光-光转换率达到13.7%.理论上讨论了调Q锁模的抑制措施,并结合实验结果进行了分析,得到了1063 nm稳定连续锁模激光输出,锁模脉冲光谱宽度1.2 nm(FWHM),用自相关仪测得脉宽为15.1 ps.     

石墨烯/石蜡复合材料的热物理性能研究

为改善相变蓄热用石蜡的导热性能,通过向石蜡基材中掺杂微量的石墨烯制备石墨烯/石蜡复合材料。采用扫描电子显微镜、热传导分析仪和差式扫描量热仪等获取了复合材料的表观形貌、热导率、熔点和相变潜热等关键热物性参数,讨论了石墨烯质量分数对这些参数的影响。通过动态热响应实验,揭示了石墨烯质量分数和热源温度对复合材料热响应速率的影响规律。结果表明,与纯石蜡相比,石墨烯/石蜡复合材料的热导率得到显著提高。当石墨烯的质量分数由0.2%升至2.0%,复合材料的热导率由0.266 W·m~(-1)·K~(-1)提高到0.346 W·m~(-1)1·K~(-1)。复合材料的相变潜热与纯石蜡相比并未减小,且其热响应速率高于纯石蜡。     

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.     

基于AlN膜钝化层VCSEL激光器热特性的研究

 用ANSYS有限元热分析软件模拟了基于AlN膜钝化层和SiO2膜钝化层的高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)器件内部的热场分布和热矢量分布。经模拟得到基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.123℃/W,而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.377℃/W。经实验测得基于AlN膜钝化层的VCSEL热阻为3.54℃/W,而基于SiO2膜钝化层的VCSEL的热阻为4.75℃/W,模拟结果与实验结果吻合较好。     

超短脉冲激光辐照硅膜的热弹性

 考虑到热电子崩力的影响,在基于玻耳兹曼理论弛豫时间近似的非线性自相关模型基础上,将晶格温度与应变速率相耦合,建立了超短脉冲激光作用下半导体材料的超快热弹性模型。在单轴应变条件下,利用有限差分法模拟了500 fs脉冲激光作用下2 μm厚硅膜内的载流子温度、晶格温度、载流子数密度、热应力和热电子崩力等的变化情况。结果表明：在低能量密度激光条件下,热弹性效应对半导体材料的影响很小;载流子温度达到峰值的时间比激光强度达到峰值的时间早,随后载流子数密度达到峰值,以及激光脉冲作用5 ps以后硅膜趋于总体热平衡;在脉冲辐照早期,非热平衡阶段形成的热电子崩力在超快损伤过程中起主要作用。     

激光器件 半导体激光器

TN248．4 2005010126 基于ANSYS的半导体激光器热特性模拟=Thermal char- acteristic simulation of semiconductor laser based on ANSYS[刊,中]／鲁鹏程(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京光电子技术实验室．北京(100022)),崔碧峰…∥半导体技术．-2004,29(4).-45-47,51 介绍了ANSYS有限元软件在半导体激光器热特性模拟中的应用,计算了一个单量子阱980 nm半导体激光器在脉冲下的瞬态热分布图,结果表明使用ANSYS软件进     

半导体硅重构表面及其相变动力学的研究进展

简单介绍了文章作者在半导体硅重构表面及其相变动力学研究方面的进展.近期si(111)(7×7)-(1×1)相变的实验研究发现,将温度升高到相变温度以上时,7×7岛面积以恒定的衰减速率随时间减小至零,且初始面积越大的岛这个衰减速率就越大.文章作者分析了大量的实验事实,由此提出了一个双速相场模型来解释这个重要而令人困惑的现象.模型重点是:在相变过程中,7×7关键结构变化较快,随后的层错消解过程要慢得多.这个模型完美地解释了相关实验现象,说明该模型抓住了关键物理要素,这种相场方法也可以用于其他半导体表面相变研究.     

红外探测系统的激光辐照热效应仿真分析

为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响,使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真;采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况;采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明:探测器受到1.06μm激光照射,矫正镜激光辐照度在50 W/cm²时,靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100μW/cm²的量级,使红外探测器达到饱和;探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处,拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系,可预测探测器升温结构破坏;最大热变形出现在矫正镜背面中心处,由外向内形成不等附加光程差,干扰探测器的成像效果;最大热应力出现在矫正镜前面中心处,得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线,为矫正镜热应力破坏提供预测参数。     

环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究

为提高动力电池散热能力,优化工作性能,本文采用数值模拟方法,分析环境温度、对流换热系数对填充相变材料动力电池散热效果的影响,并对比分析导热系数为0. 21 W/(m·℃)的纯石蜡和导热系数为16. 6 W/(m·℃)的复合相变材料散热性能。结果表明,环境温度升高,电池温升速率加快,相变材料相变时间点提前,相变时间缩短,电池冷却效果变差;对流换热系数增加5 W/m~2,相变材料相变时间延长2 000 s,电池温升推迟,但当电池持续工作、相变材料完全融化时,电池温度不再受控制,这说明单一的相变冷却已不能满足电池散热要求,须外加空气冷却、液体冷却辅助散热。     

在宇宙空间实验室生长晶体及晶体中的生长条纹

一、在宇宙空间实验室生长硅 和锑化镓晶体 在1983年12月发射的宇宙飞船空间实验室1号中,用区熔方法生长了元素半导体硅(实验序号ES-321)[1-3]和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体锑化镓(实验序号ES-323)[4]. 此次晶体生长实验的目的在于: (1)研究在失重的情况下,以区熔方法生长硅或锑化镓晶体的可能性和生长技术上的新问题; (2)研究在失重的情况下,掺杂剂在晶体中的分布,期望得到掺杂剂均匀分布的晶体. 硅晶体和锑化镓晶体都是用熔区移动的方法在镜式加热装置中进行的.安装在空间实验室中的晶体生长设备和镜式加热炉分别如图1和图2所示. 两只作为加热…     

复合结构掠入射板条放大器热效应的模拟分析

为了研究复合结构掠入射板条放大器的热效应,采用在Nd:YVO4晶体抽运面上键合具有高热导率性能的蓝宝石的复合结构,并建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、光程差（OPD）和热透镜效应进行了详细的理论分析,利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应变、光程差（OPD）及热焦距的分布情况。结果表明,板条厚度为2 mm、键合层厚度1 mm、抽运功率60 W时,复合结构相对于单一结构最高温度下降了约50 K,晶体中的最大形变量降低超过了1/3,极大地降低了介质中的热效应。