金刚石/ZnSe结构中瞬态热栅场的有限元法分析

利用有限元法分析计算了脉冲激光激发瞬态热栅在金刚石薄膜/ZnSe衬底双层结构中的三维温度场分布及变化。通过比较不同厚度金刚石薄膜样品的温度场分布,结果显示金刚石薄膜的厚度对样品中温度场的分布有较大影响,随着薄膜厚度的增大,峰值温度提高并且二次加热现象更加明显。     

大口径光学元件环境热稳定性的有限元分析

讨论了靶场光学元件在环境热载荷作用下的变形分析理论和数学描述,采用有限元分析软件ANSYS建立了靶场反射镜的模型,用靶场实测环境温度变化作为载荷,计算得到了反射镜在靶场温度变化0.3 ℃时,垂直镜面方向的变形及其在平行于镜面平面内的转角漂移。结果表明：在当前的温控条件下,光学元件在环境热载荷作用下的变形满足稳定性设计要求。并计算了几种环境温度变化下反射镜的变形和转角漂移。初步的结果表明：环境温度变化与反射镜的转角漂移成正比。     

Simulation of continuous terahertz wave transient state thermal effects on static water

We report a numerical simulation of continuous terahertz beam induced transient thermal effects on static water. The terahertz wave used in this paper has a Gaussian beam profile. Based on the transient heat conduction equation, the finite element method (FEM) is utilized to calculate the temperature distribution. The simulation results show the dynamic process of temperature change in water during terahertz irradiation. After about 300 s, the temperature reaches a steady state with a water layer thickness of 5 mm and a beam radius of 0.25 mm. The highest temperature increase is 7 K/mW approximately. This work motivates further study on the interaction between terahertz wave and bio-tissue, which has a high water content.     

Three-dimensional laser-induced thermal and stress analyses in diamond/ZnSe system

Thermal and stress responses of diamond/ZnSe system working as a IR window illuminated by a continue-wave (CW) laser have been investigated by means of finite element method (FEM). We find that the temperature and stress fields have a significant dependence on thickness of the diamond coating. If the increase of the diamond thickness, the laser-induced steady state temperature increases dramatically due to more laser power absorbed, which induces high stress in the interface between diamond and ZnSe. We further calculate the variation of the temperature and stress fields with changing the structural parameters in diamond/ZnSe system.     

红外连续激光反射镜热畸变的有限元分析

基于热传导方程和热弹方程,利用有限元分析方法,就光斑尺寸远大于或接近于基底材料热扩散长度的情况以及反射镜在固定或自由的边界条件下,分别计算了硅和石英两种基底材料多层膜红外连续激光反射镜的最大温升、最大形变及最大热应力,并探讨了它们随光斑尺寸的变化规律。结果表明：在自由边界条件下,反射镜表面的最大轴向位移与光斑半径之间近似为线性关系;而在固定边界条件下,反射镜的最大热应力与光斑半径之间近似为线性关系;反射镜的夹持状态对最大轴向位移及最大热应力的影响随着光斑尺寸的增加而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,硅镜具有较低的温升值或较高的抗热损伤阈值,而石英镜具有较好的抗热畸变特性。     

基于有限元法分析宝石级金刚石的合成腔体温度场

以有限元法为理论分析手段模拟分析了温度梯度法合成宝石级金刚石大单晶的腔体温度场,实现了对宝石级金刚石的合成腔体内各位置温度同时测量.模拟结果表明:在宝石级金刚石合成过程中,其温度分布呈不均匀分布.腔体内高温区分布在样品(碳源+触媒)边缘,低温区分布在籽晶附近.样品腔内热量的传递方式和样品腔内的碳源输运方式相同,均由碳源的两侧向籽晶附近传输.籽晶附近轴向温度梯度大于径向温度梯度,导致单位时间内其轴向生长尺寸大于径向生长尺寸.宝石级金刚石腔体温度场分析的理论模型的成功构建,为新型宝石级金刚石腔体的研制提供了良好的设计基础,对促进优质宝石级金刚石的生长技术具有指导意义.     

Diffraction of white-light supercontinuum by femtosecond laser-induced transient grating in carbon bisulfide

Experiments on fs laser-induced transient grating (LITG) in carbon bisulfide (CS2 ) are carried out to explore the chirp characteristics of a white-light supercontinuum (SC) generated by a 800-nm, 160-fs laser pulse in a 4-mm thick Al2O3 crystal. Two orders of diffraction signals of SC by fs LITG in CS2 are observed, demonstrating that both the third-order process and the fifth-order process are present simultaneously. The experimental results also imply that the formation of an fs transient refractive-index grating in CS2 is mainly due to the electronic polarization process.     

激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析

建立了高斯激光辐照光伏(PV)型光电探测器温升的三维物理模型，采用有限元分析方法计算了探测器的三维温度场分布，探讨了辐照时间、胶层厚度和胶层热导率对熔融损伤阈值及热恢复时间的影响。研究结果表明：InSb PV型探测器受到强激光连续辐照时会发生熔融损伤破坏，且最早发生于迎光面的光斑中心；激光的功率越高，造成损伤破坏所需要的时间越短；热导率越大，越薄的胶层对应的损伤阈值越大，但胶层厚度和热导率对熔融损伤阈值的影响在大功率激光辐照时才较明显。为了提高PV型探测器抗激光辐照能力，应选用热导率大且尽可能薄的胶层。采用该模型计算得到10W功率激光辐照下的熔融时间为3.26s,与实验得到的3s基本吻合。     

Finite element analysis of nonsynchronous directional couplers

Abstract

An accurate vector finite element solution of the nonsynchronous directional coupler problem is presented, illustrating coupling lengths and supermodes of the complete structures.     

Finite element analysis of nonsynchronous directional couplers

An accurate vector finite element solution of the nonsynchronous directional coupler problem is presented, illustrating coupling lengths and supermodes of the complete structures.     

基于ANSYS的红外光学系统的有限元分析

红外光学系统作为空-空导弹的重要有机组成部分,要经历复杂的动力学环境。采用有限元分析方法对红外光学系统结构在工作状态下的变形、应力及固有频率进行了全面分析。验证了光学系统的结构是否满足光学像质要求和刚度要求,确定了面形变化的显著区域,并专门对其中的关键结构进行了详细分析,进而提出结构优化的途径。该方法对光学系统结构设计和分析具有现实意义,有助于进一步分析研究光学系统结构动力学。     

片状热容激光器热效应有限元分析

基于激光介质的非均匀内热源模型,利用有限元数值方法,模拟计算了热容模式下高功率激光二极管阵列(LDA) 重复脉冲泵浦片状激光介质的瞬态温度分布和热应力分布及其波前畸变和应力双折射。结果表明:热容模式下,当增益介质不能够被全口径泵浦时,也会出现严重的热效应,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随泵浦光斑尺寸缩小而增大;而当全口径泵浦时,介质表面热形变大大减弱,较小的拉应力存在于介质内部,而且泵浦光斑和介质的几何形状对热分布有很大影响。结果还表明,介质片表面变形和热光效应是产生波前畸变的主要原因,而热应力双折射产生的附加相移与激光介质的切割方向有关,它对光束产生较大的退偏作用,从而影响激光器的输出性能。理论模型得到了实验结果的验证。     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO3,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO3和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

用激光引发热反射栅方法测量固体热扩散率

阐述了用脉冲激光引发瞬态热反射栅的方法来测量固体材料热扩散率的理论、实验装置和实验技术．给出用该实验方法测得的纯硅和纯铜的热扩散率，并与文献数据进行了比较，结果表明该方法是一种适用于不透明固体材料热扩散率测量的无损、快速和准确的方法．     

红外热波无损检测中材料表面下缺陷类型识别的有限元模拟及分析

鉴于红外热波无损检测中被检测物的形状、尺寸、材料和缺陷类型的不同，为给红外热波无损检测提供前期实验结果的预演，利用大型有限元分析软件ANSYS选择3种热特性差异较大的均匀材料，设计了三维模型。利用软件的前处理器和通用后处理器，绘出不同时刻模型表面的温度场分布，以此确定温度分布材料缺陷的类型。通过对模拟数据进行分析，绘出不同缺陷的温度变化曲线。根据曲线斜率的不同，可定性确定缺陷的类型。模拟结果说明：大型有限元分析软件ANSYS可用于红外热波无损检测实验过程的模拟,模拟结果与实验结果相符。该方法可用于其他不同缺陷类型的模拟及定量识别。     

人体腿部四层结构的红外热成像有限元分析

为研究人体红外热成像和体内肿瘤热源的关联,本文构建了包括骨层、肌肉层、脂肪层、皮肤层的人体腿部有限元模型。根据体内温度沿径向分布的特点,给出了各区域内动脉血液灌注热生成率随径向坐标变化的情况,解决了有限元建模中动脉血灌注热生成率随温度变化的非线性问题。进而用有限元方法数值计算了不同尺寸和不同深度的体内肿瘤所带来的温度变化。结果表明：在所研究的肿瘤尺寸范围内,肿瘤尺寸越小,体内温度提升越高,体表的峰值温度越高,体表温度分布半峰宽越窄,温度变化越陡峭。对于特定尺寸的肿瘤,肿瘤越深,体内峰值温度越高,体表的峰值温度越低,体表温度分布半峰宽越宽,温度变化越平缓。     

能动抛光磨盘的有限元法分析

 能动磨盘在光学抛光时随磨盘移动位置和旋转角度不同而产生不同的变形以实时与大口径被抛光工件表面实现良好的吻合。模拟了能动磨盘的工作过程，探讨了用于光学抛光的可行性。以加工直径1.5m，f1/2的抛物面光学元件为例，用有限元法对能动磨盘能够产生的变形进行了仿真计算，结果表明能动磨盘能够以较高精度产生旋转对称或非对称的二次曲面。     

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。     

大口径望远镜结构的有限元分析

望远镜是动态光电跟踪探测系统中的关键部件之一,特别是大口径光学系统,不仅要求主望远镜的稳定性高,还要尽可能地减少结构质量。根据1.3m大口径望远镜的结构设计方案,利用大型有限元结构分析软件I DEAS,采用板壳和质量单元描述结构主体,建立了较为精确的结构分析模型,求得了望远镜在不同俯仰角位置时的主、次镜位置变化,为整个望远镜的结构设计提供了可靠的依据。     

超薄镜的有限元分析

建立了组成空间望远镜主镜的超薄扇形子镜的有限元模型,分析了镜面的热变形和影响函数。通过对热变形的分析表明,为了减小空间温度场产生的镜面变形,应该选用具有一定弹性的面形致动器,或者致动器与镜面之间具有一定的相对滑动能力。通过对影响函数的分析表明:对所研究的弹性致动器来说,相邻致动器器之间具有明显的位移耦合,间隔致动器的耦合可以忽略;边缘致动器由于受到的约束比较小,在同样的致动伸长量下,产生的位移大于中心致动器。