Hg_(1-x)Cd_xTe的生长:对两种熔体生长型式的某些预测性能的比较

本文论述了无对流混合和完全混合两种标准冷凝生长型式的理论预测。为了反映这些生长条件对Hg_(1-x)Cd_xTe(MCT)系统的影响,设计了两种温度分布,并采用一定范围的生长速率和原始组份,生长得了晶体。把这些晶体中得到的轴向和径向组分的均匀性与两种生长型式的预测作了比较。本文还讨论等温线形状、径向分凝、密度引起的对流和温度分布产生的对流对径向组分均匀性的相对影响。发现径向组分的变化随生长速度的降低而减小,并且发现在说明轴向组分分布时,必须要考虑到这些改变。认为:密度引起的对流是决定径向组分变化的最重要因素。同时可以看到,在等温线的作用和径向分凝可以忽略的条件下,由温度分布引起的对流对径向组分的变化的影响。     

脉冲激光二极管端面抽运全固态激光器热效应瞬态过程

从圆柱状晶体热传导方程出发,采用有限元方法,对脉冲激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的瞬态温度场分布进行了计算.对单脉冲过程中,晶体升温和降温时端面温度的分布情况进行了计算;分析了束腰位置和束腰半径对单脉冲过程的影响,以及晶体热弛豫时间的影响因素;根据光线追迹理论,分析了激光晶体内温度分布达到动态平衡后,由温度梯度引起的中心与边缘相对光程差时变特性.结果表明,当束腰位于晶体抽运端面时,增大束腰半径晶体端面温度降低;当不改变束腰半径并且后移束腰位置时,晶体端面温度降低;增大冷却液对流换热系数或者空气流速、降低空气温度以及减小晶体半径都可不同程度地缩短热弛豫时间;当晶体温度分布达到动态平衡后,晶体内各点温度呈周期性变化;由晶体径向温度梯度引起的相对光程差(OPD)也随时间作周期性变化.     

用直拉法生长PbMoO_4晶体时的液流转换及对晶体完整性的影响

在不同的生长条件下进行了钼酸铅(PbMoO_4)晶体生长实验,研究了生长条件与固液界面附近液流状态的关系,以及液流状态对界面形状和晶体完整性的影响.实验表明PbMoO_4晶体生长过程中,界面形状经历了从凸到凹再凸的变化.这些变化是受固液界面附近液流状态的转换支配的.在等径生长过程中,固液界面附近的液流发生了从强迫对流占优势向自然对流占优势转换的现象.我们认为,这一现象是当格拉索夫数Gr随着液面下降熔体径向温差增加而增加到超过某一临界Gr数时产生的.液流的这一转换使得界面中心部位的生长速度迅速增加,产生了组分过冷或气泡、固体包裹物的集聚.我们利用增大熔体的径向温差并降低晶体的转数来降低强迫对流的强度,有效地抑制了固液界面附近液流转换,从而避免了上述缺陷的产生,提高了晶体完整性.研究表明维持生长过程中固液界面附近液流状态的稳定性是生长完整晶体的重要条件.     

用提拉法生长氧化物晶体时的一些问题

生长铌酸盐、钽酸盐和石榴石这样的氧化物晶体时,用一稳定方法生长直径不变的晶体往往碰到某些困难。本文通过模拟熔体中的液流和温场研究了金属和半导体晶体生长时不曾遇到的两大问题。一个是生长界面形状随液流变化由凸转向凹时,熔体流动由自然对流转变为生长时晶体旋转所产生的强制对流所引起的。另一个是晶体周围的热不对称引起的,而且只有当晶体和坩埚的温差或熔体的温度梯度低以及强制对流为主体时才发生。本文给出了强制对流肚过自然对流而占优势时的临界雷诺数。详细地研究了石榴石晶体生长时,其界面形状的突变情况。     

DPL中晶体散热效果的比较

采用有限元法,以光纤耦合LD端面泵浦Nd:YAG激光器为例,模拟了三种冷却方式下,激光晶体的温度分布;分析了不同冷却方式对晶体温度分布和端面形变的影响;计算了不同对流换热系数和冷却水温度对晶体温度的影响。结果表明：在晶体侧面水冷时,改变对流换热系数和液体温度只能改变晶体的整体温度,对温度分布的均匀性几乎没有影响;三种冷却方式中,泵浦端水冷情况下晶体温度最低,端面形变量最小。     

大口径倍频晶体高精度温控装置的研制

非临界相位匹配条件下,为保证大口径倍频晶体具有较高的温度稳定性与一致性,在全口径范围内实现最优的倍频转换效率,设计了一种采用电加热方法进行高精度温度控制的装置。在装置设计中,充分考虑倍频晶体导热系数小、形状薄而大的特点,通过热传导加热倍频晶体,并同时加热装置其他部分,形成自然对流,均衡晶体温度。通过仿真和实验得到该装置温度分布的整体规律,得到在不同加热长度下,晶体稳定温度及稳定所需时长随晶体材料导热系数变化的规律。实验和仿真均表明:该装置能加热80 mm口径的倍频晶体至目标温度,并将其温度一致性控制在0.15℃范围内。     

高超声速飞行器气动热辐射特性

飞行器在大气层内高速飞行时,高速气体来流在飞行器顶端形成高温高压气体绕流,并对顶端光学探测窗口形成强烈气动加热,光学窗口温度急剧上升,高温气体和光学窗口的红外辐射对探测系统形成严重的气动热辐射效应,探测信噪比下降。针对非灰混合气体和光学窗口材料的辐射特点,采用介质辐射传输方法,模拟了钝锥球头外形头部且顶端安装探测窗口飞行器的气动热辐射,研究了气体和窗口热辐射随时间的发展及其与窗口材料的关系。结果表明,高温气体的热辐射与飞行器的运动状态关系密切,而光学窗口的热辐射随飞行时间增加而迅速增强,逐渐成为气动热辐射的主要因素,因此抑制光学窗口的温度上升速度和幅度是减弱气动热辐射的关键。     

Hg1-xMnxTe晶体的垂直Bridgman法生长系统温度场分析

利用ANSYS有限元软件,以实际炉膛内的温度分布为边界条件,分析了包括生长中的Hg0.9Mn0.1Te晶体和晶体生长炉在内的生长系统的温度场.结果表明,晶体、熔体、高压Hg蒸气和石英的存在,使炉膛内的温度分布趋于平缓.在气液(气固)界面、液固界面、石英坩埚顶部和底部,轴向温度出现转折.随着晶体的生长,固液界面的轴向温度梯度逐渐减小.当石英坩埚完全处于高温区或低温区时,所在位置的温度分布更均匀,但远离坩埚区域的温度场受到的影响很小.     

LD泵浦Nd:YAG晶体准三能级热效应理论与实验

对LD端面泵浦圆柱形Nd:YAG晶体产生946 nm激光的晶体热效应进行了分析.考虑晶体的准三能级结构和腔内传播功率的分布,对热转换系数进行了修改,得到了更符合实际情况的晶体内部温度场分布.当泵浦功率为15W时,晶体端面中心温度由未修改参数前的242.73℃升高到了387.43℃,提高了144.70℃.分别对修改参数前...     

级联晶体倍频器件温度适应性扩展研究

级联晶体能有效扩展倍频器件的温度适用范围。在考虑空气色散的基础上推导出了级联晶体倍频过程中的能量转换效率公式。根据该公式,通过仿真计算出了级联两KTiOPO_4晶体倍频1064nm激光时转换效率随温度变化的特性,并进行了实验验证。实验结果表明:级联晶体中倍频光能量随晶体间距呈余弦分布,空气色散引起的相位失配量为2π的整数倍时,级联晶体的倍频温度特性最佳,最大转换效率可达47.9%,比单个KTP晶体倍频时的最高效率高12.9%,温度半宽度可达78℃,是单个KTP晶体倍频温度半宽度的两倍。提出的理论分析能合理解释级联晶体倍频过程中的实验现象,有助于提高倍频激光的温度稳定性。     

基于边界对流传热的LD端面抽运圆柱形晶体的热效应

通过对激光二极管(LD)端面抽运棒状Nd:YAG晶体的热效应进行理论分析,考虑晶体内部抽运光束分布及连续抽运过程中晶体周边与冷却液之间的对流传热,建立了更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体温度分布场,同时计算了晶体半径以及晶体散热面积对热效应的影响.研究结果表明,考虑边界对流传热后,计算的晶体中心温度升高,晶体边界温度也相应升高,相应的晶体热焦距稍有增加;减小晶体半径,晶体中心与表面的温度差均减小,热焦距增大,晶体热效应降低;增大晶体散热面积虽然降低晶体内部温度场,但由于端面抽运的特点导致晶体中心附近温度变化率增加,反而使热焦距减小,加剧了晶体热效应.     

掺锗直拉硅体单晶的生长

为了控制锗在硅中的分凝和分布的均匀性 ,抑制熔体中因重力场引起的无规律热对流和质量对流 ,文中设计制造了一种新型的环型永磁场直拉炉 ( PMCZ法 ) ,生长了掺锗量 0 .1～ 5 .0 % ( Ge∶Si重量比 )、 65 mm和 5 2 mm的硅锗体单晶 ,拉速一般控制在 0 .2～ 0 .5 mm/分。当磁场强度较高时 ,熔体中由于重力场引起的热对流和质量对流在一定程度上被抑制 ,类似于空间微重力环境生长晶体的条件 ,晶体中锗和氧杂质分布均匀性的问题得到了较好地控制。文中利用扫描电子显微镜 ( SEM)能谱分析和二次离子质谱 ( SIMS)等方法观测了PMCZ法生长的掺锗 Si单晶中锗的分布状况。发现用 PMCZ法生长的锗硅晶体比常规 CZ法生长的晶体杂质均匀性要好些。同时发现 ,由于晶体生长速率很低 ,使得掺锗硅中产生了大量的过饱和氧的微沉淀。这些微沉淀经过 1 2 5 0°C热处理后会溶解消失。在晶体尾部 ,由于锗在硅中的分凝系数小于 1 ,使得锗在熔体中高度富集 ,产生了“组份过冷现象”,出现了枝状结晶生长。     

径向三重流MOCVD反应器壁面温度的数值模拟

将研究辐射换热问题的区域法引入壁面间的辐射换热计算,建立了MOCVD壁面温度的计算模型,应用该模型计算了径向三重流MOCVD反应器的壁面温度分布.结果表明,在反应器的不同部位,壁面温度分布的规律有所不同.当径向三重流MOCVD反应器处于自然对流的环境时,壁面的最大温差可达123K,如此大的温差将会对反应器内的气体流动和沉积过程产生影响;为了使反应器的温度保持在较为恒定的低温,外壁面的强制对流换热系数应大于84W/(m 2·K).     

径向三重流MOCVD反应器壁面温度的数值模拟

将研究辐射换热问题的区域法引入壁面间的辐射换热计算,建立了MOCVD壁面温度的计算模型,应用该模型计算了径向三重流MOCVD反应器的壁面温度分布.结果表明,在反应器的不同部位,壁面温度分布的规律有所不同.当径向三重流MOCVD反应器处于自然对流的环境时,壁面的最大温差可达123K,如此大的温差将会对反应器内的气体流动和沉积过程产生影响;为了使反应器的温度保持在较为恒定的低温,外壁面的强制对流换热系数应大于84W/(m 2·K).     

PPLN晶体1560nm激光倍频过程的热效应分析

基于1560 nm激光单次通过PPLN晶体倍频到780 nm激光的实验,分析了准相位匹配倍频过程中非线性转换系数与温度之间的关系。详细计算了考虑晶体极化周期的热膨胀时,晶体非线性转换系数和匹配温度的变化。采用有限元的方法,计算了激光穿过PPLN晶体时,整个晶体和出射端面的温度场分布,并由此给出了出射面的非线性转换系数的分布情况,重点分析了晶体尺寸、光功率及散热方式对热效应的影响。仿真结果表明:增加晶体的宽度、采用导热性能好的材料作散热材料,并采用四面包围的散热方式有利于晶体的散热。     

Bi_(12)Geo_(20)单晶的生长条件对光学均匀性的影响

本文分析使提拉法生长的Bi_(12)GeO_(20)单晶的光学均匀性恶化的主要缺陷和生长条纹,以及由晶面效应引起的“色芯”和光学应力.生长条纹与熔体中的自由和强制对流以及晶体的旋转和温度的调节有关.当生长速度过高时就出现大量条纹和夹杂物,它们显然与组份过冷有关.为完全消除生长条纹,采用温度梯度小的轴向对称温场中不旋转的晶体生长法.这类晶体中的腐蚀坑密度小于10/厘米~2.     

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...     

光子晶体热辐射器在热光伏系统中的应用

提高热光伏(TPV)系统的光电转换效率是目前热光伏技术的研究重点,提高热辐射器的辐射效率是提高热光伏系统效率的重要途径,而光子晶体结构以其特有的选择性辐射性能成为热光伏系统理想的热辐射器。简述了热光伏系统的工作原理及光子晶体的物理特性,重点介绍了光子晶体热辐射性能及其在热光伏系统中应用研究的进展情况。     

空间热辐射对激光输能光电池特性影响研究

从激光辐照功率密度、光电池温度和光电转换效率的相互关系出发,基于热辐射平衡原理,建立了空间热辐射环境下光电池热辐射稳态平衡模型,根据该模型可以分析激光辐照功率密度、光电转换效率和光电池温度的相互影响。对已有的光电转换效率模型做温度上的修正,得到温度修正后的转换效率模型,将上述两个模型结合,即得到空间热辐射环境下激光辐照功率密度、光电池温度和转换效率的关系。通过MATLAB软件对模型进行仿真,仿真结果表明,随着激光辐照功率密度增加,光电池温度不断上升,光电转换效率和输出功率密度先上升后下降,但最大光电转换效率对应的激光辐照功率密度远小于最大输出功率密度对应的激光辐照功率密度,且日照区光电池温度高于地影区,日照区转换效率低于地影区。     

温度对小振幅双光子光折变屏蔽孤子的影响

研究了温度变化对双光子光折变晶体中屏蔽孤子稳定性和演化特性的影响.其结果表明,当双光子光折变晶体的温度发生变化时,由于光折变效应与衍射效应抵消后导致的在光折变晶体中稳定传输的屏蔽光折变孤子光束的强度轮廓随之变化;晶体中在一定温度下形成的稳定孤子,当温度在一个较小的范围内变化时,孤子能够克服较小的微扰而保持其稳定性;而当晶体温度发生比较大的变化而超出了孤子稳定温度范围时,孤子将变得不稳定甚至瓦解;改变温度而使晶体中不稳定的孤子变成稳定孤子.