有机聚合物BPDA-ODA-DR1的合成及热光性能的研究

用3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、4,4’-二胺基二苯醚(4,4’-ODA)和分散红1(DR1)合成了可制作光波导器件的聚酰亚胺(PI)有机聚合物,采用示差扫描量热(DSC)、热失重分析(TGA)和紫外吸收光谱等方法对其热稳定性和光学性质进行了表征。DSC和TGA结果显示,该PI的玻璃化转变温度(Tg)为248℃,在5%的热失重温度为285℃,表明具有非常好的热稳定性。演示了用阿贝折射仪测定该材料的折射率(n)和热光系数(dn/dT)的方法;通过改变PI含量的方法,方便地实现了聚合物体系的折射率控制;通过热光系数的测量,计算了聚合物的介电常数(ε)、介电热光系数(dε/dT)和体积热膨胀系数β及其变化率(dβ/dT)。制得的聚合物材料的dn/dT为-2.2615~-3.7028×10-4K-1,dβ/dT为2.22~6.14×10-7K-1,表明该聚合物在低驱动功率的新型数字热光开关、光通信器件等领域具有潜在的应用前景。     

Analytical equations for predicting the thermal properties of isotropic conductive adhesives

This paper investigates a set of theoretical equations for analyzing the thermal properties of isotropic conductive adhesives (ICAs) containing several types of Cu filler particles. The thermal conductivity of ICAs containing randomly dispersed filler particles can be simulated well by Bruggeman’s equation for spherical particles and by Kanari’s equation for flake particles. The effect on the thermal conductivity of any residual voids can be taken into account in the analysis by the additional application of Bruggeman’s or Kanari’s equations with the appropriate shape factor. The linear thermal expansion coefficient of the ICAs was analyzed using Schapery’s scheme. The thermal expansion coefficients of ICAs with 40–50 vol.% of filler particles range between Schapery’s upper and lower limits. As the particle size of the filler decreases, the thermal expansion coefficient starts to approach the lower limit at a lowr volume fraction of the filler particles. The transition behavior of the thermal expansion coefficient is related to the characteristics of the network structure formed by percolating the filler particles.     

微型光纤F-P传感器用于材料热膨胀系数的测量

针对传统方法测量材料热膨胀系数受外界环境因素 影响较大和测试方法较为复杂,提出了 一种采用微型光纤法布里-珀罗(F-P)传感器测定光纤自身以及金属Al件热膨胀系数的 新方法。 采用HF腐蚀光纤的方式制作F-P传感器的工艺,在30～120℃的温度 范围内测得裸光纤的热膨胀系数为 5.2E-8K-1,同时将F-P传感器粘贴在金属Al件上,测得金属Al的热膨胀系数为23.25 E-8K-1。实验结果对比材 料自身在常温下的理论值具备很高的一致性,分析了误差产生的原因。实验结果表明,微型 光纤F-P传感器的制作工艺简单,测试方法稳定可靠,同时可以推广至高低温等恶劣环境下 的应用。     

SiO_2对碲铅铋硅系玻璃粉结构和热学性能的影响

采用熔融法制备出不同SiO2含量的TeO2-PbO-Bi2O3-SiO2系玻璃粉,研究了SiO2的加入量对该系玻璃结构、线膨胀系数αl、膨胀软化温度ts和热稳定性的影响。结果表明:SiO2以[SiO4]四面体的形式参与玻璃网络形成,随SiO2含量的增加,玻璃粉的膨胀软化温度升高,线膨胀系数先减小后增大,热稳定性则表现出相反的规律。当SiO2的加入质量分数为5%时,玻璃粉的线膨胀系数最小,为90.12×10–7/℃,玻璃粉热稳定性最好。     

红外镜头的热光学特性分析

考虑环境温度是红外光学系统成像质量的主要影响,需要对红外镜头进行热光学特性分析。阐述了利用齐次坐标变换去除镜面刚体位移的方法,以某红外镜头为例,用有限元软件ANSYS对红外镜头进行热应力分析,并去除镜面产生的刚体位移;对处理后的面形数据进行Zernike多项式拟合,将拟合后的结果代入ZEMAX进行光学性能分析。分析结果表明,热光学分析的方法可以模拟红外光学系统的实际使用条件,预测光机系统的光学性能,对进行光机系统设计具有重要的指导意义。     

基于条纹跟踪实现热膨胀系数的高精度自动测量

将改进的菲涅耳双镜干涉装置用于材料在273～373 K温度范围内的热膨胀系数的测量,分析了把常用的热膨胀系数测量方法用于更高精度的测量时存在的不足.新方法利用干涉条纹图像实时采集与处理系统,对由材料受热膨胀时引起的干涉条纹的移动量进行跟踪测量,并利用最小二乘法对导出的材料热膨胀量与干涉条纹移动所掠过的CCD像元个数间的线性关系进行曲线拟合,从而对材料的热膨胀系数进行计算.实验结果表明,新的测量方法是可行的,测量结果与文献推荐值吻合得很好,绝对热膨胀量可测到0.1μm,相对不确定度为1.1%.     

高膨胀系数玻璃-陶瓷复合材料的性能研究

选用具有良好介电性能和膨胀性能的硼硅酸盐(SiO2-BaO-B2O3-Al2O3)和石英,采用固相法合成了一系列具有高热膨胀系数的玻璃-陶瓷复合材料,并对这些复合材料进行了XRD、SEM分析,及其热、力、电性能的测试。结果表明:所制复合材料的热膨胀系数和弯曲强度随着石英含量的增加而增大,其相对介电常数则随之减小。石英质量分数为40%的复合材料在980℃烧结时,析出了大量的方石英相,复合材料的热膨胀系数增大。最终制备的复合材料具有高的热膨胀系数[(10.3～25.5)×10-6/℃]、较高的弯曲强度(146MPa)、较低的相对介电常数(5.6～6.4)及介电损耗(0.10%～0.30%)。     

Out-of-plane thermal expansion coefficient of biphenyldianhydride-phenylenediamine polyimide film

The out-of-plane thermal expansion coefficient α_⊥ of biphenyldianhydride-phenylenediamine (BPDA-PDA) polyimide thin film between 20 and 400°C has been measured using a laser spot scanning interferometer. The α_⊥ varies from 100 ppm/°C at 20°C to 400 ppm/°C at 400°C. As the result of highly anisotropic microstructure, the α_⊥ is much larger than the in-plane thermal expansion coefficient α_∥ and increases dramatically when the temperature exceeds the glass transition temperature (≈320°C).     

消热差红外镜头热光学特性分析

机械被动式消热差红外镜头的诞生解决了传统红外镜头在高低温下,由于温差原因产生不同的离焦量导致镜头成像质量下降的问题。本文以某款机械被动式消热差红外镜头为研究对象,对其进行了热光学特性分析。首先,在ANSYS中建立有限元模型,通过齐次坐标变化运用最小二乘法得出刚体位移。然后,通过Fringe Zernike多项式拟合得到面形变化。最后,在MATLAB平台下编写了基于施密特正交化法的接口程序,将37项Fringe Zernike系数导入到Zemax中进行分析。分析结果表明：在高低温时,由于补偿组的作用,镜头的轴向离焦量得到良好的补偿。高低温时镜片面形会发生变化,在低温时,镜头的成像质量略差于高温。镜头总体成像质量符合使用要求。     

光纤布喇格光栅的低温传感特性研究

为了解决光纤光栅在低温环境中的应用问题,该文从光纤布喇格光栅(FBG)的传感理论出发,通过深入分析了FBG在-60~25 ℃时热光系数和热膨胀系数的变化。采用2根未封装的FBG进行实验验证,得到了FBG在低温环境下的响应情况。研究结果表明,FBG在低温环境下具有良好的响应和重复性,这对FBG在低温环境中的应用具有重要指导意义。     

热膨胀系数的高精度自动测量方法

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合,提出了一种对材料热膨胀系数进行高精度自动测量的新方法.详细介绍了当材料受热膨胀引起空气劈尖的其中一个平板玻璃平移时,如何利用干涉条纹图像实时采集处理系统对干涉条纹的移动量进行跟踪测量的原理与过程,并由导出的材料受热膨胀时的绝对伸长量与干涉条纹移动所掠过的CCD像元个数间的关系,用最小二乘法对材料热膨胀系数进行了计算.实验结果表明,新方法是可行的,热膨胀系数的相对不确定度为1.1%.与通常的测量方法相比,新方法能够减小因公式不当近似引入的系统误差,因而更合理.     

光纤布拉格光栅温度补偿研究

提出了一种新颖结构的光纤光栅温度补偿器件,它由两种不同的热膨胀系数的材料组成。利用该器件实现了光纤光栅的温度补偿。在-18~50℃温度范围内光栅波长变化0.028nm,是未补偿光纤光栅的1/23倍。     

低膨胀固体材料线膨胀系数的干涉测量方法

固体材料的线膨胀系数在精密仪器产业及高精度实验领域是一个非常重要的物理量,要实现对线膨胀系数较低的固体材料进行测量,通常采用激光干涉的方法。采用光路补偿的方法,即激光干涉仪中两干涉臂同支架来测量低膨胀固体材料的线膨胀系数,不但能够抵消支架膨胀对材料受热伸长的影响,还有效地抵消了地面振动对干涉仪的影响,并能够对线膨胀系数在10-6/℃量级的材料的线膨胀系数进行测量。如果改进试验工艺,且采用条纹稳定技术,该方法可以用于更高量级的线膨胀系数的测量。     

光纤光栅温度灵敏度系数研究

用实验方法得到了裸光栅的平均温度灵敏度系数～8.508×10-6/℃和每度波长漂移量Δλc～0.0132 nm/℃.进而对实验数据的分析计算发现:光纤光栅(FBG)的温度灵敏度系数并不是常数,而是随测量温度的增大而缓慢增大,反映了FBG的力学参数是随温度发生变化的.     

纳米颗粒改性PMMA光波导薄膜的研究

主要研究纳米颗粒改性甲基丙烯酸甲酯预聚物(PMMA)的工艺,以及光波导薄膜的制备技术和性能。具体采用机械混合方式进行纳米颗粒掺杂和旋涂技术,旨在提高PMMA光波导层的热稳定性和折射率,并优化实验工艺条件使光波导薄膜达到透明、均匀、致密及无气孔的要求,从而降低其光传输损耗。实验在玻璃和硅基片上制备了纳米改性的PMMA光波导薄膜,并利用各种先进的测试手段对其进行了性能测量和表征分析,结果表明:纳米SiO2颗粒能够大幅度地提高PMMA光波导层的热稳定性和玻璃化转变温度Tg,而纳米TiO2颗粒使其折射率也有显著的提高。     

ZnO:Ag薄膜的制备及其光学性能研究

采用蒸镀与氧化二步法,以高纯混合金属Zn:Ag作蒸发源,在石英衬底上沉积Zn:Ag金属薄膜,经不同热氧化处理生长Ag掺杂ZnO薄膜。结果显示,以Ag含量为质量分数3%的蒸发源沉积的Zn:Ag薄膜经500℃氧化后,生成的ZnO:Ag薄膜在380 nm附近出现很强的近带边紫外发光峰,在438~470 nm附近出现较弱的深能级缺陷发光峰,该薄膜在360 nm有接近垂直的吸收边,其载流子浓度为1.810×1021cm–3,表现出p型导电特性和较好的光学质量。     

热处理对SiO2薄膜折射率和吸收特性的影响分析

采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了SiO2薄膜,并通过椭偏光谱法和表面热透镜技术研究了热处理对其光学特性的影响。热处理对离子束溅射SiO2薄膜折射率影响较大,随着热处理温度增加,SiO2薄膜折射率先减小后增大,当热处理温度为550 ℃时,折射率达到最小。经过热处理后,SiO2薄膜的弱吸收均得到了降低,在2 ppm(1 ppm=10-6)左右,当热处理温度为550 ℃时,获得的SiO2薄膜弱吸收最小仅为1.1 ppm。实验结果表明:采用合适的热处理温度,能大大改善离子束溅射SiO2薄膜的折射率和吸收特性。     

Rapid thermal annealing of neutron transmutation doped silicon

Rapid thermal annealing (RTA) of neutron transmutation doped Si wafers is shown to be an alternative to conventional furnace annealing. Measurements of resistivity and deep level transient spectroscopy (DLTS), demonstrated annealing on wafers with diameters up to 75 mm. A 4.5 kW incoherent-light RTA furnace was used. Evidence for crystalline slip was found but this did not appear to affect the results. The slip was more severe for the larger diameter wafers. Some results from a DLTS examination of a partially rapid-thermal-annealed wafer are presented.     

镧掺杂BiGaO3多晶薄膜光学性质

采用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了不同镧掺杂浓度BiGaO_3(Lx BGO,0≤x≤0.1)薄膜.X-射线衍射(XRD)表明该属于正交晶系的多晶薄膜,原子力显微镜(AFM)图像显示样品表面具有很好的平整性.采用椭圆偏振技术对其光学性质进行了详细的研究,发现其光学常数符合Adachi色散模型.进一步发现其禁带宽度随着镧掺杂浓度的增加而增加,该规律与理论预言相吻合.有关LxBGO材料的研究为铋基光电器件如紫外探测器的实现提供物理基础支持.     

新型掺铒碲酸盐玻璃光谱性质和热稳定性研究

采用高温熔融法制备了掺Er^3＋：TeO2-B2O3-SiO2-Na2O系列玻璃样品。对样品吸收光谱、发射光谱、差热曲线和Er^3＋：4I 13／2能级的荧光寿命进行了测试和分析。计算得到Er^3＋的J-O强度参数Ωλ（λ=2,4,6）,讨论了SiO2的含量对Er^3＋在该系列玻璃样品中发光性能的影响。结果表明,SiO2的引入有效提高了玻璃材料的有效发射带宽和热稳定性,有效抑制了材料的荧光上转换效应。同时,计算得到Er^3＋：^4 I13／2→^4I 15/2能级的量子效率为ηmax=63％。