弹性声波与表面缺陷相互作用的数值模拟

为了分析材料表面缺陷对声表面波传播的影响,以弹性动力学理论为基础,采用有限元方法数值模拟了声表面波沿金属表面传播及其与表面缺陷的相互作用.通过数值模拟弹性声表面波与不同深度、不同宽度的表面缺陷相互作用过程,得到了声表面波经不同表面缺陷后的反射和透射表面波波形,并对波形进行快速傅里叶变换分析.结果表明,弹性声表面波与表面缺陷相互作用后,产生反射Rayleigh波和透射Rayleigh波:随着表面缺陷深度和宽度的增加,Rayleigh波反射率相应增加,而透射率相应减小.     

激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析

为了研究冲击波的传播特性,采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程,结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明,激光能量为30mJ时,冲击波为弹性波,薄膜在单次冲击作用下,其内质点速率最大为-0.018mm/s,3次冲击作用下,薄膜内部质点速度与残余应变变化较小;激光能量为120mJ时,冲击波为弹塑性波,3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%,残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。     

High accuracy numerical solutions for band structures in strained quantum well semiconductor optical amplifiers

In this paper,we have calculated the band structure of strained quantum well (QW) semiconductor optical amplifiers (SOAs) by using plane wave expansion method (PWEM) and finite difference method (FDM),respectively.The difference between these two numerical methods is presented.First,the solution of Schr(o)dinger's equation in a conduction band for parabolic potential well is used to check the validity and accuracy of these two numerical methods.For the PWEM,its stability and computational speed are investigated as a function of the number of plane waves and the period of QW.For FDM,effects of mesh size and QW width on its accuracy and calculation time are discussed.Finally,we find that the computational speed of FDM generally is faster than that of PWEM.However,the PWEM is more efficient than the FDM when wider SOAs are needed to be calculated.Therefore,to obtain high accuracy and efficient numerical solutions for band structures,numerical methods should be selected depending on required accuracy,device structure and further applications.     

A novel hydrodynamic model for nanoscale devices simulation

This paper presents a novel scheme to incorporate quantum effect in classical hydrodynamic model. The scheme can be applied to multi-dimensional and transient conditions and no additional equations are required to solve quantum potential, so complexity of equations is drastically reduced. Simulation results show consistent with that of Monte Carlo simulation. This technology provides an efficient method for investigating quantum effect in small size semiconductor devices. A new guess method for hydrodynamics model has also been proposed in this paper and a 2D hydrodynamic simulator based on quantum correction and new initial guess method has been developed. The solution obtained from DD model gives a good initial guess of HD model. Its advantage is it can achieve convergence after a few iterations because initial guess is closed to final solution. Two-dimensional simulations have been carried out on a few nanoscale devices. The results have been compared with that of other initial guess methods and the significant differences have been found, especially in numerical stability.     

激光冲击波作用下3003H16铝合金板料层裂的研究

为了得到工艺参量对层裂的影响,运用有限元模拟的方法,采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂,并对各参量对层裂的影响进行了分析;进行了激光冲击成形试验,用电子扫描显微镜对冲击后的试样进行观察,并运用应力波传播分析了层裂的产生、发展、形成。结果表明,层裂易发生在激光冲击区域内,其次是在光斑边缘处,而在冲击区域外不可能发生层裂;脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的位置影响较大,而光斑直径对层裂发生的位置几乎没有影响。这对激光冲击成形的发展具有指导意义。     

纳秒脉冲激光能量沉积激波减阻机理数值研究

为详细揭示纳秒单脉冲激光能量沉积激波减小波阻的机理,分别研究了单脉冲激光能量沉积与正激波相互作用、单脉冲激光能量沉积与弓形激波超声速流场相互作用。鉴于常用数值模拟方法不考虑空气的离解和电离,不能合理模拟激光能量沉积诱导等离子体热核的空间分布,采用泪滴形能量分布,且耦合有限速率化学反应模型,所得到的激波和热核演化过程的数值模拟结果与实验吻合程度高,验证了所提出模拟方法的合理性。分别选取马赫数为1.92条件下的正激波和弓形激波,入射激光能量大小为10.1 mJ和12 mJ,研究表明:单脉冲激光能量沉积诱导形成的等离子体热核通过正激波后,形成上下对称的涡环结构;在弓形激波条件下,在波后形成的低压涡环引起波阻减小,这是激波减阻的主要机理。     

人对矩形隧道中电磁波传输特性的影响

用三维有限元方法研究了单个人对矩形隧道中无线信号的影响，得出如下结论：随着工作频率的提高，存在人体的不均匀波导段的反射系数增加，透射系数降低，从而损耗在人体中的入射功率的比例也增加。当工作频率大于一定值时，这种变化趋势变得不明显。人体的电特征参数的变化对反射系数、透射系数和损耗的影响不很明显。     

铝合金板激光冲击变形实验及有限元模拟

为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况,采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验,同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟。结果表明,激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质;激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素,且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大;激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布,而是沿径向减小。     

激光作用于圆管产生瞬态温度场的数值模拟

用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于管状材料时产生的温升情况。有限元模型考虑了激光作用过程中的热物理参数随温度变化的特性,得到了材料中各个点的瞬态温度场,也得到了有温升的范围,并给出了温度随径向和周向的分布曲线,为热弹条件下激光激发管状材料中超声导波的研究提供了定量基础。     

脉冲激光在陶瓷片中产生的奇异冲击波形

当脉冲激光辐照ＰＺＴ陶瓷片时,在适当条件下,激光在样品中所产生的冲击波形上呈现椭圆网状的奇异脉冲信号。根据所观察到的实验现象,我们认为它们是强脉冲激光辐照所产生的脉冲瑞利表面声波信号。     

Monitoring of carrier lifetime distribution in high power semiconductor device technology

Non-uniform distribution of carrier lifetime over the area of power bipolar semiconductor devices results in a non-uniform distribution of on-state current density and switching loses. Consequently, it results in non-uniform temperature distribution which can negatively influence the device reliability. Several methods can be used for measuring carrier lifetime distribution both in starting single crystal material and in device structures after high-temperature processes. Advantages and disadvantages of individual methods and an optimum area of applications are discussed in this paper. This paper is mostly oriented on a possibility to use LBIC method for measuring carrier lifetime distribution in the bulk of high voltage large-area devices, especially N⁺NPP⁺ diode structures.     

激光冲击波技术用于材料加工的研究进展

随着高功率短脉冲激光器技术的日益成熟,高能激光和材料相互作用产生高幅冲击波技术的应用研究日趋广泛。本文介绍利用激光诱导冲击波技术在金属材料表面改性和成形方面的最新研究成果,综述了激光冲击强化、激光冲击成形和激光喷丸成形技术的机理、特点、工业应用及今后的发展趋势。     

半导体器件扫描电镜低电压成像技术应用

针对使用扫描电镜(SEM)进行半导体器件破坏性物理分析(DPA)和失效分析(FA)时,芯片表面不作喷镀处理的问题,提出了减小或消除电荷累积的试验方法。试验结果表明,正确应用SEM低电压技术,选择加速电压1.0 kV~2.0 kV、电子束斑2.0,结合积分技术,可在芯片表面不作喷镀处理,并满足国军标要求下,得到分辨率和性噪比均很好的图片。     

强激光驱动冲击波特性研究

描述了用于激光冲击强化中的激光驱动冲击波的产生、测量及在材料中的传播特性。讨论了激光功率密度的变化对冲击波峰值的影响。并对水作约束层时产生的等离子体环现象进行了解释。最后讨论了激光波长和脉冲宽度的变化对冲击波的峰值和持续时间的影响。     

Numerical modeling of fluctuation phenomena in semiconductors and detailed noise study of mid-wave infrared HgCdTe-heterostructure devices

The aim of this paper is to present an effective numerical model of fluctuation phenomena in semiconductor structures with an arbitrarily defined doping profile and variable-band structure. The model enables the spectral intensity of the noise current to be calculated. It is known that the 1/f noise may result in fluctuations of the carrier mobility. It is not clear, however, why strong 1/f noise is observed in reverse-biased HgCdTe nonequilibrium photodiodes when saturation currents are usually very low. In the present paper, we try to answer this question. Although the nonequilibrium mode of operation leads to the reduction of the generation-recombination (g-r) noise, it increases the electric field as well as the band mobility of carriers and its fluctuations. The observed low-frequency noise is due to the fluctuations of current density caused by mobility fluctuations assisted by the electric field.     

各向异性板中激光激发Lamb波的数值模拟

基于谱有限元法和模态展开法,针对各向异性薄板,建立激光激发Lamb波的数值模型,得到各向异性薄板中Lamb波沿不同方向传播的色散曲线及Lamb波的传播特性。数值模拟结果表明,谱有限元法能快速有效地计算各向异性板中导波的相速度、群速度,结合模态展开法能够得到任何方向激光激发的Lamb波;Lamb波沿不同方向传播的速度及色散特性与材料的各向异性性质相关。数值模拟为更好地理解复杂介质中导波的传播、指导激励信号的选择及识别检测信号的模态提供了理论依据。     

激光冲击波在铝合金薄板中传播特性研究

为了研究激光冲击波在铝合金薄板中的传播特性,采用数值仿真的方法,分析了不同节点路径下,冲击波在3003铝合金薄板中的传播特性。研究结果表明,激光加载初期,板料表面光斑边缘位置处应力最大,而板料表面中心区域仅为较小的波动,1000 ns后,表面波传播至板料上的凹模口对应位置,同时中心位置区域应力增大至200 MPa,塑性变形加大,板料变形不均匀,易出现减薄失效问题;沿激光冲击方向,经历60 ns压力波传播至板料自由面,并回传拉伸波,在102 ns左右,拉应力达到最大值1782 MPa,板料易出现层裂失效问题。因此针对激光冲击波在铝合金薄板中传播特性的研究对提高铝合金薄板激光冲击成形性能具有重要的意义。     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

有限元分析(FEM)是预测激光冲击强化处理(LSP)后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法。通过对材料冲击响应过程的分析,建立了激光冲击强化处理的有限元分析模型,实现了激光冲击强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式分析得到的材料内部各种能量变化过程,结合应力波理论,验证显式分析过程的正确性,提出显式分析求解时间的选择方法;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与实验结果非常接近。数值分析结果表明,表面残余应力在冲击区域内分布比较均匀,表层的残余应力梯度较小;多次重复冲击后,材料的残余压应力明显增加,残余压应力影响深度也显著加深;随着冲击次数的增加,材料的残余应力场趋于饱和。     

半导体激光器改进电路模型的大信号验证

实现了一种可以对于反射系数进行精确建模的半导体激光器电路模型并且与传统模型进行了比较。在ADS(Advanced Design Systems)中使用了SDD(Symbolic Defined Devices)器件实现,对于速率方程进行了变形以改进模型的收敛性,该模型可用于大信号仿真。对于不同偏置条件下的半导体激光器的反射系数进行了仿真并且和测量结果进行了对比。首次在大信号仿真中验证了改进模型的精确性。     

低损耗传输太赫兹波的Topas多孔纤维设计

以新型聚合物材料Topas环烯烃共聚物（COC）为基质,设计了一种能够低损耗传输太赫兹波的多孔纤维。应用全矢量有限元方法对传输特性的研究结果表明,该Topas多孔纤维在太赫兹波段具有宽带低损耗、低色散的特性:0.4~1.5 THz范围内的损耗小于0.2 cm-1;0.48~1.5 THz范围内的色散为1.80.3 psTHz-1cm-1。所设计的多孔纤维兼顾了结构简单、易于制备的特点。研究结论为Topas太赫兹波导的制备提供了理论指导。