高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的研究

采用纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周期光纤光栅,且在其包层外面涂覆一层随温度升高折射率减小的薄膜材料,同时采用线膨胀系数较大的金属封装光栅等三种增敏措施,可提高长周期光纤光栅温度传感器的灵敏度,测得其灵敏度系数为0.237 5 nm/℃,温度分辨率小于0.1 ℃.     

含涂覆层长周期光纤光栅温度特性研究

提出在含涂覆层的标准通信光纤中用800nm红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅（LPFGs）。从理论上分析了光纤涂覆层对于纤芯基模和包层模有效折射率的影响,并进一步研究涂覆层对LPFGs温度灵敏度的影响。分别对制作的去除涂覆层和含涂覆层LPFGs的低阶包层模进行了温度特性实验。结果表明：涂覆层的存在不仅能成为LPFGs理想的保护层,更重要的是将LPFGs的温度灵敏度提高到0.1173 ,与理论分析吻合。这种含涂覆层光纤光栅若作为温度传感器,将有着良好的机械强度和温度灵敏度。     

基于两种光纤介质模型的长周期光纤光栅传感特性分析

仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别,并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明,对两层、三层介质模型的纤芯模,尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别;用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差,需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。     

长周期光纤湿度传感器特性的研究

介绍了一种可测量相对湿度的长周期光纤光栅传感器,其原理是在光纤包层外涂上聚乙烯醇(PVA)薄膜,外界湿度变化引起PVA薄膜折射率的变化,从而引起长周期光纤光栅谐振波长的改变,通过测量光纤湿度传感器长周期光纤光栅透射光谱就能得到周围环境的相对湿度.实验证明,涂覆PVA薄膜的长周期光纤光栅湿度传感器具有良好的稳定性和一系列突出优点.     

双峰效应光纤光栅薄膜传感器的优化设计

利用双峰谐振效应,通过在长周期光纤光栅(LPFG)包层表面涂覆一层对周围气氛敏感的薄膜,建立了一种新型薄膜传感器,其双峰谐振波长间隔随薄膜折射率的变化而变化.基于三包层光纤光栅物理模型,根据耦合模理论研究了传感器的灵敏度Sn与薄膜光学参数(折射率n3和厚度h3)和光纤光栅结构参数(光栅周期Λ、折变量σ)之间的关系.采用最优化数值方法,确定了最佳的膜层光学参数和光栅结构参数.计算表明,该类型传感器对膜层折射率的测量分辨率高达10-7.     

通信中长周期光纤光栅温度敏感性的补偿方法

为减小环境温度变化对通信中长周期光纤光栅(LPFG)器件谐振波长的影响,文章设计了一种补偿谐振波长漂移的方案,即在光栅表面涂覆一层随温度升高折射率变大的薄膜.计算结果表明,该方案是可行的,实现了谐振波长的零漂移,在通信领域具有广阔的应用前景.     

LPFG折射率模式响应及其在传感建模中的应用

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用严格的数学模型,给出了三层介质长周期光纤光栅(LPFG)的纤芯模和包层模的本征方程,分析了长周期光纤光栅中的纤芯模式和包层模式的有效折射率随外界环境折射率变化的情形,以及外界环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振波长的影响.通过在长周期光纤光栅外涂覆折射率对外界环境变化敏感响应的特定薄膜可以显著提高其传感测量的灵敏度.研究结果可为长周期光纤光栅传感器结构参数的优化设计和实际应用提供理论支持.     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

LPFG 镀层参数对其折射率传感特性的仿真分析

长周期光纤光栅在传感测量领域具有防爆、防磁、抗干扰等优点,且对周围介质折射率的变化敏感,适用于矿井、油田等易燃、易爆、强电磁干扰环境及具有毒性、腐蚀性等不宜接触的液体的折射率测量。本文采用在长周期光纤光栅包层外沿径向镀一金属薄层的方式,从长周期光纤光栅传感原理着手,利用三包层模型的本征方程,并借助MATLAB进行方程求解和仿真分析,讨论了包层模序数、光栅周期、膜层厚度等参数与谐振峰中心波长偏移的关系。为合理选择光栅结构参数、制作符合要求的长周期光纤光栅用于折射率传感测量提供了依据。     

环境折射率对长周期光纤光栅谐振波长的影响

长周期光纤光栅是近几年出现的新型光纤器件,表现为前向传播的纤芯导模与同向传播的各阶次包层模在特定波长时的模式耦合,因此它在温度、应变、折射率传感方面比普通的光纤光栅有更大的优越性.运用耦合模理论,首先讨论了长周期光纤光栅的谐振波长,并模拟了其透射谱.其次在理论上详细分析了长周期光纤光栅对环境折射率的敏感特性,讨论了环境折射率敏感度因子与包层模次数的关系,并比较了不同环境折射率下的灵敏度.最后模拟了在环境折射率小于光栅包层折射率的情况下,谐振波长随环境折射率变化的规律.     

2.5D封装结构回流焊过程热应力分析

对一种典型2.5D封装结构在回流焊工艺过程的热应力进行仿真。通过对比分析传统热力学仿真方法与基于生死单元技术的热力学仿真方法,研究了计算方法对热应力计算结果的影响。在相同参考温度下,由不同计算方法得到的硅通孔(TSV)转接板应力结果相差不大,从焊球应力结果可推测出,基于生死单元技术的热力学仿真方法考虑了残余应力的累积模拟更适合于回流焊过程的热应力仿真。研究了2.5D封装回流焊过程中参考温度的选择对计算结果的影响,选用最高参考温度作为各个组件的参考温度,通常得到TSV转接板的应力值偏大,模拟的结果会更加偏于激进。通过对2.5D封装结构回流焊过程进行热应力分析,对比分析了计算模拟方法和参考温度的选择对最终计算结果的影响。该方法同样可用于指导其他同类2.5D封装结构应力的计算和分析。     

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.     

Temperature Characteristics of BJMOSFET

The resolution expression for the temperature dependence of the current and threshold voltage is deduced as well as the analysis of temperature characteristics of BJMOSFET. Equivalent circuit of analysis and simulation has been established for the BJMOSFET temperature characteristics. By using the general circuit simulation software of PSpice9 and computer simulation, characteristic graphs of the BJMOSFET output characteristic, transient characteristic and amplitude-frequency characteristic with temperature variation are obtained. The results accorded very good with theoretical analysis and proved that BJMOSFET has better temperature characteristics than traditional MOSFET.     

对大功率LED车灯芯片结温部分关键影响因素的研究

针对LED车灯芯片照明过程中结温过高的问题,文中对影响芯片结温高低的两种关键因素:LED车灯芯片内部发光源间距和芯片排布间距进行研究,以求有效降低芯片结温。通过ANSYS Workbench16.0软件进行芯片热仿真模拟,随后利用恒温测试平台对仿真结果可靠性进行了验证。验证结果表明,合理设置LED车灯芯片内部发光源之间的间距能有效降低芯片结温,最高可降低8.249 ℃;同时,适当增加LED车灯芯片之间排布间距亦可有效降低结温0.5 ℃。     

连续波工作大功率半导体激光器阵列的温度分布

用Ansys 软件模拟了大功率半导体激光器阵列的稳态温度分布,并对自行研制的半导体激光器阵列的温度变化进行了测试,结果表明理论计算与实验结果基本吻合.该模拟结果对大功率半导体激光器阵列的封装设计具有现实的指导意义.     

拉盖尔-高斯光束作用下熔石英温度及应力研究

为了研究拉盖尔-高斯光束与熔石英相互作用,采用仿真计算的方法对TEM₀₀,TEM₀₁和TEM₁₀ 3种模式拉盖尔-高斯光束辐照下的熔石英的温度和热应力进行研究,取得了仿真数据。结果表明,激光光强的空间分布影响材料的温度分布和应力分布;温度的积累效应明显,经过连续激光脉冲作用后材料温度持续升高,焦点区域超过1900℃;温度梯度导致热应力产生,局部热应力接近50MPa。该仿真结果为熔石英的加工提供了有益的参考。     

强激光辐照7075铝合金热响应与材料尺度律关系研究

为了明确金属板受激光辐照产生的热响应与材料尺度律之间的关系。采用数值模拟和实验相结合的研究方法,开展了不同尺度律下7075铝合金板在波长为1064 nm的连续波激光辐照下的热响应研究。首先利用COMSOL有限元软件建立了金属板在连续激光辐照下的数值模型,得到不同尺度律的铝合金板的温升过程;之后开展同尺寸实验验证,对比数值仿真数据。研究结果表明:在等效时间内,不同尺度律模型温升过程一致;实验数据与仿真结果趋势相似,各尺度律下仿真与实验相对误差均小于17 %。该研究结果对于强激光辐照效应的应用与研究具有一定价值。     

IGBT温度特性及其等效电路模拟

文章提出了一种基于子电路的IGBT模型，并对IGBT的温度特性进行模拟。用电压控制的可变电阻等效IGBT的宽基区调制电阻取得了很好的效果。用SPICE的LEVEL_8模型，确保模拟的精确性和收敛性。模拟结果表明，无论PT型还是NPT型IGBT，其温度系数均可正可负，纠正了一种普遍的观点称为PT型IGBT，其温度系数可正可负而NPT型IGBT，其温度系数只为正。模拟结果与实验对比符合较好。     

激光强化温度场的数值模拟与校验

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,分析了能量密度的变化对激光强化效果的影响。通过温度传感器测量激光强化时材料表面温度的变化来验证数值模拟的结果。模拟值与实测值基本吻合。结果表明,数值模拟结果可作为激光加工工艺参数选择的依据。     

Al2O3陶瓷激光多道铣削温度场有限元模拟

激光铣削时能量是以局部热源的形式照射到基体表面上,集中的能量会引起铣削过程中温度场分布不均匀和不稳定。以Al2O3陶瓷材料激光铣削为例,建立了激光多道铣削的三维温度场有限元模型。利用ANSYS软件中的APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言模拟了多道铣削时热源的移动。模拟结果表明:随着铣削过程的进行,后面的铣削道光斑中心的温度比前面的铣削道的中心温度高,且具有的热影响区也大;温度梯度变化最大的地方是在扫描方向发生改变的铣削样件边沿区域。将模拟结果的最高温度和文献中的实验结果进行比对,一致性较好。