SiC光学材料亚表面缺陷的光热辐射检测

SiC以优异的物理性能和良好的工艺性能,逐渐成为大型空间成像光学系统主镜的首选轻量化光学材料. SiC镜坯制备及加工过程中引入的亚表面缺陷会严重影响最终的镜面质量以及光学系统的成像品质.针对SiC材料亚表面缺陷的检测问题,本文采用光热辐射技术进行分析:分别建立均匀样品的单层理论模型和含空气层缺陷的三层理论模型,用于计算无缺陷和存在缺陷区域的光热辐射信号.通过对三层理论模型信号的相位仿真分析,提出利用相位差-频率曲线的特征频率估算缺陷深度的经验公式;利用光热辐射装置测量存在亚表面缺陷的SiC样品,分析缺陷区域的光热辐射信号分布,利用经验公式计算缺陷深度,并与缺陷实际深度分布进行对比分析.实验与计算结果显示,光热辐射技术能有效探测SiC镜坯的亚表面缺陷及其形貌,并且对于界面与样品相对平行且较为平缓的亚表面缺陷,其缺陷深度可通过经验公式准确确定.     

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。     

基于红外隐身及多波段兼容隐身材料

随着探测系统的快速发展和探测精度的提高,隐身技术的需求日益迫切。由于传统的红外隐身材料面临着多途径目标探测的严峻挑战,因此开发既能满足红外隐身要求又能满足雷达隐身、可见光隐身、激光隐身要求的新型兼容隐身材料具有重要意义。红外隐身材料主要针对目标的红外辐射特征进行材料、结构设计,降低目标在背景中热红外辐射信号的突出性以及被热红外制导武器命中的概率。本综述概述了红外隐身及兼容材料的工作原理、制备方法及最新研究进展。首先介绍了最具有发展前景的红外隐身材料包括光子晶体、掺杂半导体、相变材料和纳米材料的结构特性、隐身机理和研究成果,重点关注了实现红外隐身的材料以及具体的隐身特性,讨论了红外兼容雷达、红外兼容可见光、红外兼容激光以及多波段兼容等材料的兼容隐身条件,并对其最新研究进展进行了系统的总结。最后,梳理了目前红外隐身材料以及各兼容材料所存在的不足及面临的困难,并对未来的研究方向进行了展望。     

均匀分布纳米粒子系近场辐射热扩散特性

当粒子系中粒子平均间距接近甚至小于热辐射特征波长时,由于倏逝波贡献,其辐射换热热流可远超黑体辐射极限热流。由于存在复杂近场作用,密集粒子系内近场辐射热扩散特性尚不清晰。本文基于涨落电磁理论研究了均匀分布纳米粒子系的近场辐射热扩散特性。研究发现：通过与离散尺度多体辐射换热理论及动理学理论关于金属及电介质粒子链近场辐射换热结果对比,常规热扩散理论可更准确地用于研究粒子系近场辐射热扩散特性,SiC纳米粒子链辐射等效导热系数随温度增大而增大,且温度只影响辐射等效导热系数的大小,而对其光谱峰值频率则无影响。当粒子间距一定时,粒子系辐射等效导热系数随粒子尺寸的增大而增大,更多能量可以在大颗粒构成的粒子链上传递。紧密堆积的粒子系内近场光子隧穿作用较强,其辐射等效导热系数也大于较稀疏粒子系的辐射等效导热系数。     

光电专业光子气体黑体辐射理论的教学实践

黑体辐射和受激辐射等概念对于光电专业的学生是非常基础的概念,通过统计物理课程光子气体章节的讲授,系统地引入这些概念对于光电专业的学生系统掌握专业知识非常重要.笔者介绍了通过实践总结的讲授过程,对其中一些细节的把握进行了详细分析.     

六方氮化硼薄膜对石墨烯-碳化硅结构近场热辐射的增强

六方氮化硼(hBN)具有跟石墨烯类似的层状结构和晶格参数,研究发现hBN薄膜具有良好的热传导、电绝缘、光学和力学等性能。本文从理论上研究了hBN薄膜对石墨烯-碳化硅(G/S)结构的近场热辐射的影响。研究发现在红外频段.hBN薄膜在低频率区和高频率区会增强G/S结构的近场热辐射,经计算在G/S结构中加入厚度为10 nm的hBN薄膜时获得的辐射热流是同物理条件下G/S结构的1.5倍;而在中频率区hBN薄膜的厚度阻碍了石墨烯表面等离激元和碳化硅表面声子极化激元的耦合,使得近场热辐射热流随hBN薄膜厚度增加而逐渐减弱。本研究的结果可为下一步实验与应用中对hBN薄膜厚度的选择提供理论基础。     

黑体热辐射光谱的宽度与对称性研究及其应用

在获得归一化黑体热辐射光谱图的基础上,定义了黑体热辐射光谱的相对宽度RWη和对称性因子RSFη两个重要参数,并对这两个参数的理论结果予以实验验证,从而可以构成一种新的测温方法,并可望建立一种新的温度标准.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

空间行波管收集极的热特性分析

 利用有限元方法对一Ku波段空间行波管收集极的热特性进行了模拟计算,得到了收集极的温度分布图。分析比较了接触热阻和热辐射对热特性的影响,结果表明接触热阻明显地阻碍了热量的散失,使收集极整体温度有一定上升,而热辐射在使收集极各部分温度降低的同时,使温度分布更均匀。运用间接法进行了热-应力耦合分析,得到了收集极的位移场分布等值线图,进而确定该收集极采用的结构在热形变方面满足散热要求;并对在轴向加矩形翅片和在径向加圆形翅片两种散热方案进行了分析,得到了各自的优缺点,为散热方案的选择提供了依据,从而可以更好地提高散热效率。     

Radiation energy flux of Dirac field of static spherically symmetric black holes

By the statistical entropy of the Dirac field of the static spherically symmetric black hole, the result is obtained that the radiation energy flux of the black hole is proportional to the quartic of the temperature of its event horizon. That is, the thermal radiation of the black hole always satisfies the generalised Stenfan--Boltzmann law. The derived generalised Stenfan--Boltzmann coefficient is no longer a constant. When the cut-off distance and the thin film thickness are both fixed, it is a proportional coefficient related to the space--time metric near the event horizon and the average radial effusion velocity of the radiation particles from the thin film. Finally, the radiation energy fluxes and the radiation powers of the Schwarzschild black hole and the Reissner--Nordstrõm black hole are derived, separately.