组合激光对单晶硅热作用的数值分析

为了提高激光加工中单晶硅材料对激光能量的耦合效率,采用一个短脉冲激光和一个长脉冲激光形成组合激光辐照单晶硅,使用COMSOL软件对该过程进行模拟,得到了组合激光长短脉冲间的延迟时间和长脉冲激光能量密度的变化对作用效果的影响,并与总能量相等的毫秒激光单独作用的效果进行比较;实验测量得到的不同能量密度的激光作用单晶硅后损伤形貌,与数值计算结果的趋势吻合。结果表明,组合激光能提高材料对激光的耦合效率;不同的延迟时间会影响组合激光的作用效果,最佳延迟时间为0.1ms;组合激光中毫秒激光能量密度占比较低时,作用效能较明显,随着毫秒激光能量密度占比的提高,对作用效果的提升相对变缓。该研究结果可以为组合激光的应用提供理论和实验依据。     

不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究

为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程,采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式,进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究,并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌;根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类,对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明,组合脉冲激光的损伤效应更为严重,包括解理裂纹、烧蚀和皱褶,表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度,而熔融深度随延迟时间的增加而减小;毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用,使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。     

表面污染物诱导熔石英损伤的热力学数值模拟

为了研究高功率固体激光装置内污染诱导光学元件损伤问题,基于有限元数值方法,结合污染物诱导熔石英损伤机理,给出了熔石英样片在高功率脉冲激光辐照下的温度场和应力场分布.结果表明,激光脉冲辐照过程中主要以污染物的温度升高为主,最高至2800K,而样片温升不大,仅为7K;在激光脉冲辐照后100μs的时间内,样片表面中心快速升温...     

复合激光打孔最佳匹配参量的研究

为了有效提高激光打孔的速率和激光能量的利用率，采用长脉冲激光和短脉冲激光空间叠加打孔的方法，对复合激光打孔的最佳匹配参量进行了理论和实验研究。建立复合激光打孔最佳匹配模型，以熔融物的产生和去除达到平衡为准则，理论计算得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参量和最佳匹配情况下的复合激光打孔速率。同时进行了毫秒脉冲和纳秒脉冲的Nd:YAG激光器复合作用于5mm的不锈钢板的打孔实验。结果表明，在实验中得到的最佳匹配参量下，复合激光打孔速率相比于毫秒脉冲激光单独打孔最大提高了3.3倍。实验和理论模型均证明了复合激光打孔在最佳匹配状态下，打孔速率达到最大，激光能量得到充分利用。     

激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns~1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。     

长脉冲高能激光与半导体材料的热作用分析

在入射激光光斑半径远远大于材料热扩散长度的条件下,应用固体热传导理论,使用有限元方法建立了相关模型.对长脉冲(脉宽1 ms)强激光与半导体材料si和Ge的热作用进行了分析,定量地描绘出了材料的温度分布,得到了不同能量激光辐照下靶材前、后表面中心点温度历史,以及不同能量激光辐照下的靶材后表面的温度分布情况.所得结果为高能量激光的应用提供了依据.     

激光与熔融石英作用的温度累积研究

基于傅里叶热传导方程, 利用有限差分法计算了石英在激光作用下的温度场分布。结果表明在连续激光的作用下, 石英的轴向温度变化分为升温过程和降温过程。考虑热累积效应, 辐照0.1、0.5、0.8 s后温度较之前分别升高了约 10、100、200 ℃, 激光作用时间越长, 温度累积越明显。对于脉宽为5 ms, 占空比为1/2和1/3的脉冲激光, 辐照3个脉冲后, 温度分别升高94 ℃和82 ℃。石英在轴向方向的温度累积较径向更明显。研究激光与石英相互作用后温度场的分布对激光加工工艺有着重要的意义。     

基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究

在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。     

激光法制备超细纳米金刚石的相变机理

为了研究激光法制备纳米金刚石的相变机理,采用纳秒脉冲激光冲击微米级石墨悬浮液,并做强酸高温氧化提纯处理,结合X射线衍射、喇曼光谱、高分辨率透射电镜等表征手段以及热力学和动力学分析方法,对实验结果进行了理论分析和实验验证。合成得到分散均匀、尺寸在4nm~12nm的超细纳米金刚石。结果表明,纳秒激光辐照下,石墨是通过固态-气态-液态-固态的形式转变为金刚石结构的;与毫秒脉冲激光相比,高功率密度、短脉宽的纳秒激光为金刚石核的生长提供了大的过冷度,提高了金刚石的形核率和生长速率;但是纳米金刚石的生长温度范围极小,冷却过程中石墨结构与金刚石结构同时形核、长大,引起金刚石颗粒表面的石墨化,限制了纳米金刚石的生长。     

脉宽1ms和10ns的激光损伤光学薄膜元件的比较分析

为了研究脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤,根据国际标准IS0-11254和国家标准GB/T-16601建立了光学薄膜损伤阈值测试装置.测量了脉宽1ms和10ns、波长1064nm激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值,观测了损伤形貌,测量了损伤厚度及损伤半径,分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理并与纳秒激...     

中波广播辐射场近区、过渡区、远区的分析

从偶极子天线的完整场分布出发,结合近区场和远区场的特点,在保证误差精度为1dB的前提下,经理论分析计算及MATLAB拟合对比,得到了偶极子天线近区、过渡区、远区的范围,并给出了过渡区的简化计算公式,这为中波广播周围电磁环境的计算以及测量提供了理论依据。     

石英玻璃在激光作用下的温度与应力场分析

为了了解CO2激光对玻璃加热的效果,研究石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的差别。采用数值计算的方法,得到了石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的温度和应力分布。结果表明,对石英玻璃预热时TEM11优于TEM00。     

MOS field threshold increase by phosphorus-implanted field

The threshold voltage of the field regions of p-channel Si gate devices can be controllably increased by phosphorus ion implantation prior to field oxidation without any additional masking step. For a 1.25-µ field oxide thickness, an increase of more than 20 V in intermediate field threshold can be achieved without lowering junction breakdown voltage.     

The spatially averaged electric field in the near field and far field of a circular aperture

This paper presents a theoretical and numerical investigation of the spatially averaged electric field in the beam of a circular aperture. The investigation leads to closed-form analytical expressions, based on scalar diffraction theory, which describe the spatially averaged electric field in the Fresnel region of a circular aperture excited by a spatially uniform, harmonic plane wave. The expressions ultimately permit rapid, practical, and efficient prediction of certain routine electromagnetic measurements. Because the expressions are valid in the Fresnel region, they are also valid in the near field, the far field, and the Fraunhofer region of a circular aperture. In fact, it is shown that the closed-form expressions contain, as special cases, classic on-axis and far-field results associated with a circular aperture. The analytical expressions are based on a generalization of Fresnel diffraction originally developed by Lommel in the late 1800s. Hence, a thorough review of the literature on the Lommel diffraction formulation is presented. Finally, it is shown that results obtained from the closed-form expressions compare quite favorably to results obtained from the exact solution computed via the dyadic Green's function approach.     

对称强磁场产生装置设计及磁场仿真

在对称线圈上施加强脉冲电流,在脉冲电流的激励下,线圈中产生感应脉冲磁场,从而实现同极性磁场撞击.在撞击过程中,磁能会以一种波的形式激发出去,从而产生激磁波.激磁波是一种磁性波,其能量主要通过磁场的变化进行传递.利用有限元的方法对对称线圈的内部外部分别进行仿真,讨论并分析了磁场在空间和时间上的变化.     

Mean field and mixed mean field iterative decoding of low-density parity-check codes

In this paper, the mean field (MF) and mixed mean field (MMF) algorithms for decoding low-density parity-check (LDPC) codes are considered. The MF principle is well established in statistical physics and artificial intelligence. Instead of using a single completely factorized approximated distribution as in the MF approach, the mixed MF algorithm forms a weighted average of several MF distributions as an approximation of the true posterior probability distribution. The MF decoding algorithm for linear block codes is derived and shown to be an approximation of the a posteriori probability (APP) decoding algorithm. The MF approach is then developed in the context of iterative decoding and presented as an approximation of the popular belief propagation decoding method. These results are extended to iterative decoding with the MMF algorithm. Simulation results show that the MF and MMF decoding algorithms yield a good performance-complexity tradeoff, especially when employed for decoding LDPC codes based on finite geometries.     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

流体液体激光器的热流场对输出光场的影响

为了研究液体流速对输出光场的影响,采用数值模拟的方法,模拟了硬边正支非稳腔的有源流体激光器的输出场,并用有限元差分法分析了不同流速条件下热流场分布,得到了在平面波抽运光抽运,并考虑介质的增益饱和时其输出光场的光束质量和光斑中心(峰值强度),在实验观察到了液体流动时光斑中心发生了偏移。结果表明,当液体流速大于1 m/s时,光束质量趋于定值,激光光斑中心偏向于受抽运面的侧面。     

Characterization of single-mode fibers from wavelength dependence of modal field and far field

We present direct methods for determination of equivalent-step-index (ESI) parameters and file modal field by measurement of the wavelength dependence of the far-field intensity in single-mode fibers. A comparison is made with the spot-size method commonly used for characterization of such fibers. A new technique for measuring the LP11mode cutoff wavelength is also presented.