脉冲激光二极管端面抽运固体激光器中晶体的热弛豫时间

在脉冲激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中,存在热效应瞬态过程,即晶体的温度分布具有时变性,晶体温度的时变过程受到热弛豫时间的影响.从热传导方程出发,采用解析法和数值法分别对晶体降温过程中温度的时变性进行计算;采用有限元方法,对晶体热弛豫时间及其影响因素进行数值计算,分析了晶体直径、密度、热传导系数和比热等热物性参数对热弛豫时间的影响;采用流体流动换热理论,充分考虑了冷却水流温度和速度对晶体温度分布的影响.结果表明,通过调整晶体尺寸、冷却系统可以实现对热弛豫时间的控制.根据有限元软件ANSYS的计算结果,分析了晶体抽运端面上径向温度的时变分布,晶体边缘与中心的温差和光程差;初步计算了晶体热透镜不同径向位置处的焦距差.结果表明,晶体冷却过程中,不同径向位置与中心的温差和相对光程差具有时变性,晶体热透镜的聚焦特性也是随时间变化的.     

薄膜型光纤温度传感器的膜系设计

纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能。为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响,根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理,探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计,并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型。以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础,设计了对称性较好的法布里-珀罗薄膜腔。通过对比不同膜层厚度法布里-珀罗结构膜系的传感特性,筛选膜系,分析了高、低折射率薄膜材料的热光系数和热膨胀系数分别对温度传感特性的影响权重,为光纤温度传感器敏感薄膜的镀制及工艺制定提供理论依据。     

钽酸锂薄膜红外探测器探测性能的模拟研究

建立了热释电钽酸锂薄膜红外探测器理论模型,用五层薄膜系统模拟了探测器结构,用钽酸锂晶体参数,模拟了探测器结构参数与探测率等性能指标之间的关系,研究了硅衬底厚度和钽酸锂薄膜厚度对探测器性能的影响。模拟结果显示,硅衬底彻底腐蚀形成悬空结构是减小探测器热传导损耗的最有效途径;热释电钽酸锂膜层越薄,器件探测率越高。探测器电压响应同时取决于钽酸锂膜层厚度和探测器外接电路参数。使探测器整体性能最佳的钽酸锂膜层厚度为1～2μm。     

材料性能参数与板料激光弯曲成形角度的相关性研究

板料激光弯曲成形是一种柔性、无模成形新工艺，它通过激光扫描金属板料所导致的非均匀热应力使板料产生塑性变形。材料的性能参数(包括力学性能与热物理性能)对激光弯曲成形的影响很大，通过三维热机耦合有限元仿真研究了材料性能参数与板料激光弯曲角度之间的相关性，研究表明，小弹性模量、低屈服强度的材料容易产生大的弯曲变形。热膨胀系数与弯曲角度之间成正比关系，当热膨胀系数趋于零时，弯曲角度也趋于零。小的热传导系数有利于形成大的温度梯度，从而使板料产生大的弯曲变形；比热越小，加热区内材料的温升越大，使板料容易弯曲变形。     

808nm与888nm抽运Nd:YVO4热效应分析

根据Nd:YVO4晶体对808 nm和888 nm波长抽运光吸收特性的差异,模拟了两种波长抽运下晶体的温度分布、应力分布以及当抽运光在a轴和c轴上的偏振分量变化时,晶体在两种波长抽运下温度分布以及热焦距的变化.模拟结果表明,888 nm抽运下,Nd:YVO4晶体在径向温度梯度大幅度减小,晶体温度应力值远小于808 nm...     

红外动态景象产生器的薄膜技术

Bly Cells的红外动态景象产生器的响应速度和空间分辨率是制约其应用的两个关键因素,并由其主要部件--转换薄膜的动态特性和空间特性所确定.以Bly Cell型薄膜红外动态景象产生器转换薄膜为研究对象,根据转换薄膜的工作原理,建立了它的动态温度分布模型,计算了其在环形脉冲源作用下的不同时刻温度场及其温度变化特性,分析了转换薄膜的动态特性和空间特性.计算结果表明,导热系数和密度越小,薄膜的表面发射率越大,则其时间响应越快;导热系数、密度、发射率越小,空间分辨率越高.     

高功率光纤激光器热效应数值模拟方法研究

为了保证光纤激光器安全稳定运行,研究高功率光纤激光器热效应数值模拟方法。考虑激光和泵浦光散射损耗构建激光器稳态速率方程,明确光纤温度分布规律,根据该规律构建激光晶体三维瞬态导热方程,以输入功率、热换系数、泵浦模式、光纤参数值为基础,运用MATLAB软件模拟高功率光纤激光器热效应,结果表明,热换系数增加可降低光纤温度,输入功率越大激光器温度越高,光纤半径越大纤芯温度越低,但会发生光谱展宽现象,所以选择合适的光纤参数提升光束质量,为高功率光纤激光器稳定运行提供参考与借鉴。     

二极管侧面泵浦Nd:YAG薄片激光器热效应计算模拟

根据热传导方程,对侧面泵浦薄片介质内的温度分布进行了分析计算,求解出侧面泵浦薄片晶体内的温度分布、使用数值模拟方法MATLAB程序对薄片内温度分布进行模拟,将不同厚度薄片晶体在不同半径下薄片晶体内的温度分布方便、直观地表示出来,为薄片激光器的优化设计提供了理论依据.     

纳米多晶硅薄膜压力传感器制作及特性

给出一种纳米多品硅薄膜压力传感器,采用LPCVD法在衬底温度620℃时制备纳米多晶硅薄膜,基于MEMS技术在方形硅膜不同位置制作由4个薄膜厚度为63.0nm的掺硼纳米多晶硅薄膜电阻构成惠斯通电桥结构,实现对外加压力的检测.实验结果表明.当硅膜厚度75μm时,纳米多晶硅薄膜压力传感器在恒压源5.0V供电时,满量程(160kPa)输出为24.235mV,灵敏度为0.151mV/kPa,精度为0.59%F.S,零点温度系数和灵敏度温度系数分别为-0.124%/℃和-0.108%/℃.     

纳米多晶硅薄膜压力传感器制作及特性

给出一种纳米多晶硅薄膜压力传感器,采用LPCVD法在衬底温度620℃时制备纳米多晶硅薄膜,基于MEMS技术在方形硅膜不同位置制作由4个薄膜厚度为63.0nm的掺硼纳米多晶硅薄膜电阻构成惠斯通电桥结构,实现对外加压力的检测. 实验结果表明,当硅膜厚度75μm时,纳米多晶硅薄膜压力传感器在恒压源5.0V供电时,满量程（160kPa）输出为24.235mV,灵敏度为0.151mV/kPa,精度为0.59%F.S,零点温度系数和灵敏度温度系数分别为-0.124%/℃和-0.108%/℃.     

Molecular Dynamics Study of the Mechanical Behavior of Zn<Subscript>4</Subscript>Sb<Subscript>3</Subscript> Nanofilms

This paper reports molecular dynamics simulations performed to study the mechanical properties of Zn₄Sb₃ nanofilms. In the simulations, interatomic interactions are represented by an enhanced atomic potential, and the crystal structure is based on the core structure of β-Zn₄Sb₃. For tensile loading along the [0 1 0] direction, the stability of the crystal structure of the Zn₄Sb₃ nanofilms is analyzed by the radial distribution function method, and the stress–strain relation of the nanofilms is obtained at room temperature. Our present work indicates that the mechanical properties of Zn₄Sb₃ nanofilms are quite different from those of bulk Zn₄Sb₃ due to the impact of surface atoms of the nanostructure. From the atomic configuration, Zn₄Sb₃ nanofilms exhibit typical brittleness. The size effect and the strain-rate effect on the extension of Zn₄Sb₃ nanofilms are discussed in detail. Lastly, the mechanical properties of nanofilms based on different Zn₄Sb₃ crystal structure models are examined.     

三维多芯片组件的散热分析

建立了一种叠层多芯片组件结构，应用计算流体动力学方法(CFD)，对金刚石基板的三维多芯片结构进行了散热分析，模拟了器件在强制空气冷却条件下的热传递过程和温度分布。此外，还探讨了各种设计参数和物性参数对3D-MCM器件温度场的影响。     

BaTiO3铁电纳米膜制备及物性和微结构表征

采用脉冲激光淀积法在硅基氧化铝纳米有序孔膜版介质上（膜版孔径平均尺寸20nm,内生长Pt纳米线作为底电极一部分）制备了BaTiO3铁电纳米膜,并对其物性（铁电和介电性能）和微结构进行了表征。结果表明厚度170nm BaTiO3铁电膜的介电常数,随着测量频率的增加（103Hz至106Hz）,从400缓慢下降到350;介电损耗在低频区域（103～105Hz）从0.029缓慢增加到0.036,而在高频率区域（〉105Hz）后,则迅速增加到0.07。这是由于BaTiO3铁电薄膜的介电驰豫极化引起的。电滞回线测量结果表明,该薄膜的剩余极化强度为17μC/cm2,矫顽场强为175kV/cm。剖面扫描透射电子显微镜（STEM）图像表明,BaTiO3纳米铁电薄膜与底电极Pt纳米线直接相连接,它们之间的界面呈现一定程度的弯曲。选区电子衍射图和高分辨电子显微像均表明BaTiO3铁电薄膜具有钙钛矿型结构。在BaTiO3纳米铁电薄膜退火晶化处理后,部分Pt纳米线的再生长导致顶端出现分枝展宽现象。为了兼顾氧化铝纳米有序孔膜版内的金属纳米线有序分布和BaTiO3纳米薄膜结晶度,合适的退火温度是制备工艺过程的关键因素。     

CoPt磁性纳米材料的研究进展

目前对CoPt磁性纳米材料的研究主要集中在CoPt磁性纳米颗粒、纳米线以及纳米薄膜三个方面,从这三个方面对CoPt磁性材料的研究进展进行详细地介绍。主要阐述了CoPt磁性纳米材料制备方法以及性能特征,同时系统地分析了影响CoPt磁性纳米材料的磁学性能的关键因素。     

氧化还原对Fe：LiNbO3全息光栅热固定的影响

通过分析全息存储动态机制的理论模型得出,晶体中的热固定效果与晶体的氧化还原状态有关,不同氧化还原处理的晶体中进行热固定将会有不同的显影效率和固定寿命。本文作者的研究论证了氧化还原处理可以改进晶体的热固定效果,为延长晶体中固定全息图的帮助,提高固定效率提供了一条新的途径。     

悬梁式陶瓷微热板的设计及热性能研究

结合传统陶瓷厚膜气体传感器和硅微加工气体传感器的特点,设计了基于陶瓷基底的悬梁式微热板结构,并提出一种无内引线的封装方式。对微热板的传热过程进行分析,并通过有限元工具对具有不同结构参数器件的热特性进行模拟,得到结构参数与器件热特性间的关系。通过控制工艺参数,在Al2O3陶瓷基底上制作出性能良好的Pt加热电阻及电极,并采用激光微加工技术实际制作了梁宽为0.2 mm和0.4 mm的两种结构器件。对器件的加热功率-温度关系进行测试,0.2 mm梁结构器件在400 mW加热功率下板上平均温度约为250℃,同模拟结果一致。     

基于数值模拟的钨电极相变存储单元电极尺寸优化研究

在相变存储器器件设计中,为预测不同器件结构的性能优化器件结构设计,建立相应的数值模型进行数值模拟是一项非常重要的工作。在我们的工作中,提出了一个包含泊松方程,电流连续性方程,热传导方程以及相变动力学模型的耦合系统,进行相变存储器数值模拟,与常用的相变存储器数值模拟相比,使用了泊松方程以及电学连续性方程代替拉普拉斯方程来对相变存储器的电学特性进行建模,由于组成相变存储器的相变材料,本质上是一种半导体,因此,利用上述基于半导体理论的数值模型,能更精确的反应相变存储器的电学特性。结果表明,该模拟方法能够进行相变存储器的模拟,并与测试数据吻合较好。最后,利用上述数值模拟,对不同电极尺寸的相变存储单元的性能进行预测,从而得到影响相变存储单元性能的关键设计参数以及相应的设计策略。     

Transient Thermoelastic Response of Nanofilms Under Radiation Heating From Pulsed Laser-Induced Plasma

Measuring transient surface temperatures of substrates excited by nanosecond impulsive-type thermal sources is a nontrivial problem due to limited response times of many current sensors and the thinness of thermal skin at the nanosecond-time scale. An indirect transient surface temperature measurement technique for nanofilms subjected to a nanosecond dynamic loading is presented and demonstrated. The intensity profile calibrated based on the plasma radiation energy measurements is used as a boundary condition for finite-element analysis to estimate the transient surface temperature and the stress tensor induced in a 100-nm chromium film bonded to a quartz substrate due to the thermal radiation heating of the laser-induced plasma. The current approach is useful for predicting the damage threshold of nanofilms in laser-induced plasma (LIP) particle cleaning, as the direct and indirect transient temperature measurements currently available are unreliable for nanosecond impulsive thermal excitations. Particle cleaning techniques based on LIP have been under development for damage-free removal of sub-100-nm particles. The plasma core formed in this cleaning approach is a source of nanosecond-range impulsive radiation and subsequent thermomechanical excitation of the substrate and, consequently, possible substrate damage. The transient temperature measurements are used to estimate the peak surface temperature and the thermomechanical stresses induced in the substrate.     

溶胶-凝胶工艺制备SrTiO3纳米薄膜的研究

采用溶胶-凝胶方法,以醋酸锶、钛酸四丁酯为前驱体,乙酰丙酮为螯合剂,乙二醇甲醚为溶剂,乙酸为助溶剂和催化剂制备溶胶,用旋涂法在Si(100)衬底上制备出了具有典型钙钛矿型结构的SrTiO3纳米薄膜.用XRD、AFM、SEM和椭圆偏光仪等手段分析了薄膜的性能,结果显示薄膜的表面均匀、无裂纹、厚度20～30nm,折射率1.75～1.85,晶粒度35～60nm,表面平均粗糙度RMS为3.4～3.8 nm,晶粒形貌呈类圆锥形态.     

PDT照射方式下激光视网膜热损伤阈值的研究

建立了光动力疗法(PDT)照射方式下578nm激光视网膜热损伤能量密度阈值计算的数值模型。模型由模拟激光能量在组织内分布规律的基于网格的Monte Carlo模拟方法、计算组织内温度分布的考虑组织热物性参数以及血液灌注率动态变化的Penens生物传热方程和计算组织热损伤程度的Arrhenius方程3部分组成。数值结果表明,视网膜热损伤能量密度阈值随黑色素含量、观测时间和光斑大小不同而不同:黑色素含量越高,热损伤能量密度阈值越小;观测时间越长,热损伤能量密度阈值越大;光斑直径越大,热损伤能量密度阈值越小。活体动物实验验证了数值结果的精确性。