激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

用于激光防护非逆向反射双层闪耀光栅的研究

提出一种用于激光(工作波长为1064nm)防护的非逆反射双层闪耀光栅。以光栅方程、闪耀波长 和闪耀 角关系公式为基础,研究了双层闪耀光栅光线分布特性,分析了上下微结构闪耀角度关系; 设计了双层闪 耀光栅各特性参数,其上、下层光栅闪耀角分别为50°和6°,周期均为5.2μm,光学元件厚为0.5mm, 在下表面镀Ag反射膜。采用反应离子刻蚀(RIE)技术制作双层闪耀光栅,通过轮廓仪进行测 试。研究结果表明,双层 闪耀光栅的光学特性受微结构形状误差影响较大,当光线垂直照射双层闪耀光栅时,出射光 与入射光形成20°夹角,实现了激光非逆反射的目的。     

方形孔径微透镜阵列与红外焦平面集成技术研究

针对红外焦平面阵列自身存在的占空比小、光能利用率低的问题,提出利用光胶技术将方形孔径球面微透镜阵列与红外焦平面集成。从理论角度分析了微透镜阵列集成的聚能效应。设计"栅线"和"十字"双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法实现器件的对准。经过对集成前后红外焦平面性能进行对比,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89μV下降到668.23μV。最终得到结论:光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。     

1×11亚波长结构Dammann光栅的研制

论文基于严格耦合波理论（Rigorous Coupled-Wave Analysis,RCWA）,并采用遗传算法进行优化,设计并制作了一种具有高衍射效率的亚波长结构Dammann 光栅。光栅的分束比为111,最小特征尺寸为0.95 m,衍射效率设计值达到95%,优于传统Dammann 光栅约15%,且均匀性设计值小于2%。论文采用电子束光刻直写技术和反应离子刻蚀技术在石英基底上制作出亚波长结构图形。实验结果表明,电子束扫描曝光可以获得纳米级的图形分辨率。对石英基底的反应离子刻蚀中,射频功率、工作气压及气体流量均对刻蚀速率和栅线的表面形貌产生不同程度的影响,论文主要针对该问题进行了讨论。同时,论文也对电子束光刻直写过程中产生的线宽误差因素进行了分析。     

具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动

研究了具有正弦粗糙度的环形微管道中脉冲流动,其中壁面粗糙度用小振幅的正弦波表示,不可压缩粘性脉冲流动由周期振荡的压力梯度驱动,运用摄动展开法求解了柱坐标系下的动量方程,获得了环形微管道内脉冲流动的近似解析速度及其体积流率.在此基础上,研究了相关无量纲参数,如Reynolds(雷诺)数Re、压力梯度振幅A、正弦波状粗糙的小振幅ε、内外半径之比α、相位差β及其波数λ对速度u及平均体积流率Φ_m的影响.结果表明,剖面速度随A的增大而增大,随Re的增大而减小,相位滞后χ随振荡Reynolds数Re的增大而增大.     

异丁烷或二甲醚与角鲨烷饱和溶液黏度实验研究

研制了一套基于毛细管法的用于测量气体溶解在液体中达到饱和状态时的饱和溶液黏度的实验系统。为了扩大黏度的测量范围,本文采用两根不同尺寸的毛细管并联,使实验台更为便捷可靠。利用该实验台分别测量了异丁烷(R600a)与角鲨烷、二甲醚(DME)与角鲨烷组成的饱和溶液在温度范围为303.15～343.15 K内的黏度数据。同时,还利用Setchenow模型和Hind模型对实验结果进行关联,对比分析了模型的计算精度。     

光电可调控频率选择表面

为实现频率选择表面(FSS)谐振频率的光电可调控特性,提出一种光电可调控频率选择表面.利用光电导薄膜光照导电特性控制金属FSS结构尺寸变化,实现FSS的主动可调.理论阐述了光电导及FSS选频特性原理,采用CST软件分别仿真了"Y"形带通型、"圆"形带通型和"Y"形带阻型三种FSS在光照时的频选特性.结果表明:随着结构尺寸变化,FSS的中心谐振频率分别从18 GHz、25 GHz、20.5GHz变为20.5GHz、29GHz、16.5GHz.采用镀膜、刻蚀及电子束蒸发等技术分别制作了单元结构尺寸变化前的金属FSS,以及变化后的金属与光电导薄膜结合的FSS,并对样件进行测试,结果表明:中心谐振频率分别从18GHz、24GHz、20GHz变为20GHz、28GHz、17GHz,与仿真变化趋势基本一致.采用该方法既可实现FSS中心谐振频率的可调控,也可从结构上实现FSS带通型和带阻型的转变.     

硅基自由曲面光学微透镜阵列制作的光学性能研究

针对自由曲面无固定解析式的特点,根据感光材料的光化学作用原理,以及曝光能量与曝光深度的制约关系,提出采用变剂量曝光的光刻方法制作自由曲面光学微器件。从光传播理论出发,分析了曝光过程光刻胶中光能量分布规律和曝光深度随曝光能量的变化关系,建立了光分布规律的数学模型,并应用计算机软件对模型进行仿真。结果表明:光能量在胶膜内呈规律性分布,在能量一定的情况下曝光深度随时间规律性增加,并逐渐达到饱和。同时,应用长春理工大学BOL500型复合坐标激光直写系统,选用美国Futurrex62A光刻胶、波长412 nm He-Ge气体激光器、5‰NaOH显影液进行曝光及显影实验,所得实验数据与仿真结果吻合。     

红外遥感器网状微结构制作工艺

为了满足航天红外遥感器光学元件透过率高、散热性好的要求,提出一种具有波长选择特性的网状微结构。采用等效介质理论、数学建模理论方法设计网状微结构特征参数,并通过Matlab软件辅助模拟微结构表面光谱辐射特性。运用离子刻蚀机制备网状微结构,通过扫描电子显微镜测量微结构表面形貌,并进行分析。根据结果判断反应气体流量、射频电源功率、反应腔内压强三个工艺参数对微结构形貌及微结构侧壁陡直度具有很大影响,以及确定最佳工艺参数组合。实验结果表明：在最佳工艺参数组合下制备的网状微结构,10.6 m工作波长下透射衍射效率大于91.5%,基本满足红外遥感器对网状微结构光学特性的要求。     

基于电压定向的光伏LVRT控制策略

为提高光伏发电系统的低电压穿越(LVRT)能力,提出了一种单级三相系统下的LVRT控制策略。该控制策略运用电压前馈并引入PI调节器,实现电流内环的解耦控制。在LVRT期间采用卸荷电路来稳定直流侧电压,并根据电网电压的跌落深度发出相应的无功功率,支撑电压的恢复。在Matlab/SIMULINK中建立了仿真模型,仿真表明该控制策略具有可行性。