自组织纳米微结构的制备技术

自组织纳米结构以其新颖的结构特点以及在纳米器件中的潜在用途成为当今纳米技术的研究热点.本文总结评述了国内外关于自组织纳米结构的制备及应用的研究进展.重点总结了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的制备技术、表征技术、形成机理和应用探索等方面的研究工作.在单晶半导体材料Si、Ge以及Ⅲ/Ⅴ族化合物等材料表面,利用低能离子束刻蚀可以获得自组织纳米点状结构和自组织纳米条纹结构.总结了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的形成与离子束入射角、离子束能量、离子束发散角、气体离子种类、刻蚀时间、衬底温度、加速栅极电压和样品的旋转等参数的关系.评述了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的形成机理.展望了相关研究的前景.     

多功能节能型脉冲磁场发生器

为了实现刺激参数的灵活可调性,并提高磁场发生器的能量利用率,设计了一种多功能节能型脉冲磁场发生器;介绍了多功能节能型脉冲磁场发生器的电路拓扑结构,通过H桥电路结构实现放电开关IGBT与电容、刺激线圈互连,控制开关导通时间,在刺激线圈中产生近似三角形的脉冲电流,最终搭建实验平台并对其进行测试验证。结果表明:通过灵活调节开关,磁场幅度调节范围为1～1 000 A,脉冲宽度调节范围为5～160μs,频率调节范围为1～10 Hz;利用续流回收阶段,将刺激线圈中的剩余磁能回收到储能电容中,提高了能量利用率,本节能型系统的能量损失率γ为6.3%～32.2%,明显低于传统磁场发生器的能量损耗。     

半导体激光器在磁场和电场中的光电特性的实验研究

本文研究了电场和磁场对半导体激光器光电特性的影响.研究结果表明,在磁场较强的情况下,对器件的输出光功率、微分量子效率、光发散角特性有影响,而电场对器件的工作特性无影响。     

ZnS离子束抛光过程中的粗糙度演变

为了得到离子束抛光ZnS的工艺参数,采用微波离子源作为抛光源,分析了离子束能量、离子束流大小、离子束入射角度对ZnS刻蚀速率及表面粗糙度的影响,比较了ZnS刻蚀速率及表面粗糙度的变化趋势.研究结果表明:当离子束能量为400eV、离子束流大小为35mA、入射角度为45°时,ZnS表面粗糙度降低了0.23nm.     

IBAD工艺中离子参数与薄膜折射率研究

采用五栅网离子能量测量装置和法拉第筒测量了宽束冷阴极离子源的离子能量和离子束流密度.当Ar气流量为20 sccm,在不同的放电电压和引出电压下,测得离子能量分布范围为400～820 eV,束流密度分布范围为7.8～52.8μA/cm2.在O2气流量为20 sccm时,沉积在不同离子能量辅助下的TiO2薄膜,研究了离子能量对于薄膜光学特性的影响,得到了折射率为2.3的薄膜,接近块状材料的折射率.     

Thomson离子谱仪参数和实验数据处理

Thomso离子谱仪利用磁场和电场对带电粒子有偏转作用，通过测量偏转的曲率来获得离子种类和离子能量。在激光等离子体相互作用中有多种带电离子，为了得出质子的能谱，常采样Thomson离子谱仪和CR39相结合测量得出质子能谱。在给定谱仪参数下，带入有效磁场，用Thomson抛物线方程作出质子抛物线曲线，与实验中形成的抛物线进行比对，进而确认质子，用matlab编程计算质子能量。     

强流脉冲离子束辐照钢靶热力学效应数值模拟

为了揭示强流脉冲离子束辐照材料表面的热力学效应,介绍了强流脉冲离子束与钢靶相互作用的理论模型.以此为基础,通过数值模拟计算了离子能量为300keV,束流密度为200A/cm2的离子束与钢靶相互作用的热力学效应,得到了温度场分布、温度梯度分布,以及应力与应力波传播过程的模拟计算结果,结果表明辐照后材料表面在极短时间内发生了剧烈的温度与应力变化.     

紫外全息凹面光栅离子束刻蚀技术

通过对引出的平行离子柬流外加可控磁场,可以实现离子束流偏转。该方法实现IV型凹面光栅沿曲面不同闪耀角离子束刻蚀,能够获得高衍射效率的IV型凹面光栅。经过理论设计计算出理想的IV型凹面光栅闪耀角,利用全息曝光一弯转离子束刻蚀工艺制作出尺寸45mm×40mm,波长250nm处衍射效率达67％,入臂200mm,出臂188mm,曲率半径224mm的IV型凹面光栅。同时,利用平行离子束流制作了相同参数的IV型凹面光栅,其250nm处的衍射效率为30％。实验结果表明,利用弯转离子束流制作IV型凹面光栅的方法简单易行,并能够精确控制离子束流实现高衍射效率的IV型凹面光栅制作。     

冷阴极双等离子源

文章介绍了一个能量小于100ev～8.0kev范围连续可调、束流强度10μA左右的冷阴极双等离子原的调试及其结果。除具有双等离子源的共同点之外,还具有寿命长的特点。离子原头部的各电极之间的距离可以调节,为研究几何参数,磁场参数对离子源性能的影响提供了方便。     

双等离子体离子源的工作特性

针对双等离子体离子源受气压、磁场强度和放电电流影响,产生的O-离子束亮度不稳定的问题,设计并搭建了一套用于测试离子束亮度的离子光学系统,以SHRIMP II上的双等离子体离子源为对象,通过实验和仿真模拟分别研究了气压、磁场强度和放电电流对O-离子束亮度的影响规律。结果表明:该离子源能够稳定地工作在放电电流大于50 m A,气压为110~170 m Torr(1Torr=133.322 Pa)的条件下;当气压为140 m Torr、放电电流为200 m A、磁场强度为0.25 T时,获得的O-离子束亮度能够达到52.4 A/(cm2·sr)。合理控制离子源工作参数,可以增大O-离子束亮度,提高二次离子质谱的横向分辨率和灵敏度。     

刻槽参数对刻槽式MEFP发散角及速度的影响

刻槽参数对刻槽式MEFP发散角及速度具有重要影响。基于ANSYS/LS-DYNA软件研究药型罩刻槽参数对刻槽式MEFP发散角及速度的影响。研究结果表明:在刻槽曲率半径相同的情况下,刻槽式MEFP的发散角随刻槽深度增加而增大,速度随刻槽深度的增加先减小后增大再减小;在药型罩顶端刻槽深度相同的情况下,刻槽式MEFP的发散角随刻槽曲率半径增加而增大,速度随曲率半径变化不大。模拟结果与实验结果基本一致。     

可动态改变飞行光束特征的可变曲率镜片

美国贰陆公司(II-VIInfrared)生产的可变曲率镜片允许用户动态地改变其飞行光束特征,通过水压或气压控制镜片的曲率,从而调节光束发散角。在应用激光进行材料钻孔时,该可变曲率镜片可调节光束的焦深,以获得最适合的加工速度;同时还允许激光飞行光路系统制造商对整个工作台上焦深的变化进行补偿。在工作台的不同位置,由于光程的改变,激光光束发散角或光束直径也会随之改变,这对于大型工作台尤其重要;特别是在厚板加工领域,可变曲率镜片的应用,能显著提高激光设备的加工效率。     

2 cm ECRIT联结磁场对羽流中和的影响

电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster, ECRIT)外部联结磁场是影响羽流中和过程以及中和器耦合电压的因素之一。联结磁场随离子源和中和器安装方位及其内部磁极方向的不同而不同，计算联结磁场分布规律、实验研究磁场对羽流中和的影响是非常重要的工作。针对离子源的2个功率和2个流量，加速电压350～1 450 V内，开展中和实验，研究离子源与中和器磁极方向和位置关系的变化对离子束流引出和最高耦合电压大小的影响规律。结果表明，离子束流引出不受磁极方向和离子源与中和器安装方位的影响。离子源与中和器相对垂直安装时能降低中和器耦合电压，同时通过改变中和器磁极方向使其与离子源磁极方向相反也能降低中和器耦合电压。当离子源与中和器磁极方向相反且垂直安装时，中和器耦合电压最低。     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形。运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算并得到了光束发散角。实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33mm,光束的发散角为0.42°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗。     

磁场位形对微波ECR等离子体电子参数的影响

测量了两种磁场位形中微波ECR等离子体的电子参数,研究了磁场位形对电子参数空间分布的影响,结果表明:发散场中电子温度在轴心和腔体边缘较大,在过渡的中间区域较小,而磁镜场中电子温度随径向半径R的增大单调减小;电子密度在两种磁场位形中随径向和轴向距离的增大均呈单调下降的趋势,磁镜场中的下降幅度大于发散场;在共振面附近,发散场中气压对电子温度的影响比在磁镜场中大,而气压对电子密度的影响在两种磁场位形中基本相似.     

不同磁路结构ECRIT放电室实验研究

电子回旋共振离子推力器(ECRIT)属于静电型推力器,其工作原理是利用微波能和圆台型放电室内永磁体环产生的外加磁场产生高电离度的电子回旋共振(ECR)等离子体,再通过屏栅和加速栅之间的陡峭电势差加速其中的离子,从而产生推力。由于ECRIT采用了无阴极放电方案,因而它具有寿命长、结构简单的特点。ECRIT放电室内恰当的放电室磁路结构对于推力器的可靠工作非常重要,一方面它要产生满足ECR等离子体形成需要的磁场位形;另一方面要使栅极附近的等离子体分布比较均匀,从而提高推力密度,降低离子对栅极的冲刷;再者还要求放电室能在比较高的能量利用效率下工作。在圆台型放电室内,文章采用了两种磁路结构,分别开展了真空环境下放电室内ECR等离子体的产生实验;认为放电室中的离子未被磁化,采用朗缪尔探针直接诊断两种磁路结构放电室内的电子温度和离子密度,分析氩等离子体场的结构。实验的结果是:靠近放电室大端面的永磁体环能够使推力器的能量利用效率提高,同时能够使栅极附近的等离子体分布更均匀,从而提高推力密度、降低离子对栅极的冲刷。     

TDRSS激光空间链路光功率设计

从光功率的角度,分析了卫星间长距离和出射光束发散角产生的空间传输损耗,当传输速率增加、误码率上升时,接收机灵敏度下降;讨论了不同卫星数目时传输损耗与激光束发散角的关系,在考虑其他光功率开销后,得出了发射光功率,发散角和接收灵敏度相互制约关系。     

3 Bar半导体激光器的光束整形系统研究

在壳体成型系统中,激光光束的均匀性和集中性直接影响壳体加工的效率和质量。为了提高壳体固化效率和质量,采用微柱透镜和半圆柱透镜相配合的方式,对壳体固化系统所选用的3bar条半导体激光器所发射的光束进行准直和整形。从物理光学的角度对准直系统的工作原理进行了分析,搭建了仿真光路图并给出了准直后的光斑发散角和整形后的能量分布情况。设计了一款慢轴发散角小于3°、快轴发散角小于5°、光斑尺寸小于20mm×10mm的激光光源整形准直系统。有效的提高了半导体激光器的固化效率和壳体成型质量。     

合肥同步光源增加光刻基片曝光面积方法研究

根据以水平磁场控制束团垂直团轨和垂直发散角,设法增加光刻基片曝光面积的思想,对合肥同步辐射光源进行分析,提出了适用方案,指出在合肥同步辐射光源上用两个现有的垂直校正铁,只要加上不大的水平磁场,即可使光刻基片的曝光面积增大2－4倍,达到所需要求,且在该两个校正铁以外的闭轨不发生畸变。     

外磁场作用下的介质阻挡面放电研究

通过计算包含等效磁场的介质阻挡面放电漂移-扩散方程组,分析了磁场方向、磁感应强度对介质阻挡面放电下的电子浓度、离子浓度、放电稳定性以及等离子体体积力的影响,证明不同方向的磁场通过影响电子扩散对放电过程产生了膨化、压缩2种作用,提出了膨化磁场、压缩磁场概念。计算结果表明:外部磁场对离子扩散的影响较弱,没有明显改变等离子体静电场体积力的分布,与等离子体静电场力相比磁力基本可以忽略,且磁场使得介质阻挡面放电更容易失稳。