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飞秒激光作用下铁磁薄膜的热化动力学分析

中国激光 2010年第8期37卷 2057-2062页

作者：任乃飞许美玲顾佳方陈秋月金卫凤江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为了研究铁磁薄膜材料在飞秒激光作用下的热化动力学过程,采用有限差分法对三温(3T)模型进行了数值求解,并结合飞秒抽运探测实验进行了分析。引进一个相当于自旋比热容常数的系数来描述自旋比热随自旋温度的变化趋势,对其合理性进行了... 详细信息

为了研究铁磁薄膜材料在飞秒激光作用下的热化动力学过程,采用有限差分法对三温(3T)模型进行了数值求解,并结合飞秒抽运探测实验进行了分析。引进一个相当于自旋比热容常数的系数来描述自旋比热随自旋温度的变化趋势,对其合理性进行了详细研究。首先对镍铁合金薄膜在抽运激光下反射率变化进行了测量和模拟,修正后的模型模拟结果和实验结果吻合得较好,进一步研究了反射率变化峰值随激光功率的变化情况;其次对不同厚度的镍薄膜的超快热化动力学进行了分析,当薄膜厚度小于光透深度时,电子、自旋的峰值温度以及系统达到平衡时的温度显著升高,当薄膜厚度大于光透深度时,薄膜厚度的增大对热化动力学过程影响不大。

关键词：薄膜铁磁薄膜热化动力学有限差分法三温模型

镍薄膜超快热化动力学及其微纳结构影响的研究

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镍薄膜超快热化动力学及其微纳结构影响的研究

作者：金卫凤江苏大学

学位级别：硕士

随着人类生活和生产的信息化,存储和处理的信息量日益剧增,这对存储设备的容量和读写速度提出了更高的要求,因此,磁存储设备的存储密度和响应速度成为制约信息化的瓶颈,是信息技术面临的重要问题。镍作为典型的铁磁性材料,对其超快动力... 详细信息

随着人类生活和生产的信息化,存储和处理的信息量日益剧增,这对存储设备的容量和读写速度提出了更高的要求,因此,磁存储设备的存储密度和响应速度成为制约信息化的瓶颈,是信息技术面临的重要问题。镍作为典型的铁磁性材料,对其超快动力学进行研究在提高信息的存取速度和微器件的响应速度与稳定性方面有着重要的借鉴意义。基于此,本文利用飞秒激光泵浦探测技术对镍薄膜及其微纳结构薄膜的超快热化动力学进行了研究。实验中应用磁控溅射方法制备了三种不同形式和结构的镍薄膜:在硅基片上直接溅射制备的一系列厚度的镍薄膜;采用高温氨气刻蚀法在两种温度下对镍薄膜进行刻蚀,制备了两种颗粒度不同的微纳颗粒结构镍薄膜;利用二步阳极氧化法自制多孔氧化铝模板并通过磁控溅射在其上镀镍,制备出系列的微纳反点阵结构镍薄膜。运用SEM和AFM对微纳结构的镍薄膜样品表面形貌和结构进行表征。应用飞秒激光泵浦探测装置对以上制备的样品开展了如下研究:测试了相同厚度的镍薄膜、金薄膜和铜薄膜的瞬态反射率,研究镍薄膜的瞬态反射率特性。结果表明,镍薄膜的超快动力学行为与金薄膜和铜薄膜有很大的差别:被激发后的镍薄膜瞬态反射率很快到达极值,并且在到达极值后很难恢复。推测这是由镍在费米能级附近的复杂的能带结构引起的,镍的电子-晶格强耦合效应导致能量容易集中在薄膜的表层,电子温度保持一个较高的值不易改变。根据电子温度和声子温度的指数变化规律,模拟系统温度随电子-声子作用时间的变化规律,考察了电子-声子作用和电子-电子作用之间的时间差对温度曲线的影响。结果电子-声子作用时间与电子-电子作用时间接近时,温度曲线达最大值后基本无改变,这与实验测得的镍薄膜瞬态反射率曲线性质一致,说明镍薄膜的电子散射时间与电子-声子时间相近。对镍薄膜的薄膜厚度对瞬态反射率的影响的进行研究。结果表明,薄膜厚度对热化时间没有影响而对反射率变化幅值有一定的影响:在光透深度以下,瞬态反射率变化幅度较大;大于光透深度以后,瞬态反射率变化幅度较小,而且厚度对瞬态反射率的变化幅值影响不明显。分别对镍厚膜、镍薄膜、镍微纳反点阵结构以及镍微纳颗粒结构的瞬态反射率进行测量,研究了体作用、纳米薄膜、纳米线和纳米点结构对超快热化动力学的影响;同时,对三种不同参数的镍微纳反点阵结构和两种颗粒度的镍微纳颗粒结构的瞬态反射率进行了测量,对微纳结构尺度的影响进行研究。测试结果表明,随着维数的减少和尺度的减小,量子限域效应对测量温度的上升时间有延缓作用。

关键词：飞秒激光泵浦探测镍薄膜瞬态反射率超快热化动力学纳米结构

飞秒激光作用下不同厚度镍铁合金单层膜及其复合膜的瞬时反射率

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机械工程材料 2009年第9期33卷 72-75页

作者：任乃飞王辉金卫凤周明江苏大学光子制造科学与技术中心镇江212013

采用磁控溅射法制备了不同厚度的镍铁合金单层膜及其复合膜,运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了复合层及薄膜厚度对镍铁合金膜瞬时反射率的影响。结果表明:镍铁合金膜的反射率在飞秒激光作用后的0.2 ps内迅速上升到最大值,再经0.2 ps又达... 详细信息

采用磁控溅射法制备了不同厚度的镍铁合金单层膜及其复合膜,运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了复合层及薄膜厚度对镍铁合金膜瞬时反射率的影响。结果表明:镍铁合金膜的反射率在飞秒激光作用后的0.2 ps内迅速上升到最大值,再经0.2 ps又达到最小值后才达到稳定状态;不同复合层使得镍铁合金膜的瞬时反射率ΔR/R曲线在零点有不同的变化幅度;随着膜厚度的增加,镍铁合金单层膜的ΔR/R曲线在零点过后的变化幅值先减小后增大。

关键词：镍铁合金膜瞬时反射率泵浦-探测

实验参数对力曲线中Cassie-Wenzel状态转换信息的影响

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表面技术 2023年第12期52卷 169-177页

作者：金卫凤李鑫李健张家宇郑浩江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

目的探明合适的实验参数范围,以获取稳定的润湿状态转换信息,考察实验系统误差、实验过程参数、表面润湿性能和润湿状态转换条件等对力曲线上润湿状态转换信息的影响规律。方法根据力曲线法的理论,计算出采用不同实验参数时获取的含有... 详细信息

目的探明合适的实验参数范围,以获取稳定的润湿状态转换信息,考察实验系统误差、实验过程参数、表面润湿性能和润湿状态转换条件等对力曲线上润湿状态转换信息的影响规律。方法根据力曲线法的理论,计算出采用不同实验参数时获取的含有润湿状态转换信息的力曲线,并采用文献的实验结果验证理论计算分析出的实验参数影响规律。结果采用体积为0.1 mL的液滴进行挤压液滴实验时,1μm的距离误差和0.8 mN的作用力误差即可保证力曲线上润湿状态转换信息较为明显。对于一般精度的测试系统,能保证较为明显的润湿状态转换信息的液滴体积为0.050 mL以上,加载步长的优选值区间为10~25μm,精度较高的系统可应用体积为0.010 mL的液滴。加载表面的润湿性能对力曲线上的润湿状态转换信息影响较小,待测表面在Cassie状态的润湿性能影响也较小,但待测表面在Wenzel状态的接触角大可能使代表润湿状态转换信息的凸起宽度减小。借助于润湿状态转换过程中液滴充填进超疏水表面微结构内导致的作用力下降信息,可增强力曲线上的润湿状态转换信息。结论通过选用较小的距离误差和作用力误差,采用大体积液滴和可变加载步长,可以增强力曲线上的润湿状态转换信息,液滴充填微结构引起的力曲线上大幅度的凹陷也可以作为润湿状态转换的标志。

关键词：超疏水表面状态转换 Cassie状态 Wenzel状态力曲线法实验参数

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应用于机床加工的总线数字量模块开发与试验研究

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制造技术与机床 2024年第1期 93-99页

作者：靖娟金卫凤江西制造职业技术学院江西南昌330095 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为了满足数控机床加工对信号量数据采集传输的实时性和稳定性的应用需求,如机床加工现场的轴运动位移硬件限位信号、气阀水阀信号、刀具测量等信号,同时能与可编程控制器建立通信进行数据交互,可实现信号量检测与控制功能。文章设计并... 详细信息

为了满足数控机床加工对信号量数据采集传输的实时性和稳定性的应用需求,如机床加工现场的轴运动位移硬件限位信号、气阀水阀信号、刀具测量等信号,同时能与可编程控制器建立通信进行数据交互,可实现信号量检测与控制功能。文章设计并开发基于以太网通讯技术的EtherCAT通信协议的数字量模块,对数字量模块软硬件设计内容与数据交互程序的执行流程进行研究,并通过配合标准EtherCAT通信主站TwinCAT进行试验,证明开发的数字量模块能与控制器主站正常建立通信并进行数据传输,且与EtherCAT总线通信数据周期保持同步。基于数字量信号检测设计出机床刀径测量方案,应用该数字量模块在机床加工中进行量刀试验,结果表明通过数字量模块对检测信号的实时响应计算得到的机床刀具磨损误差满足应用要求,具有工程实际价值,达到了研究的目的。

关键词： EtherCAT总线数字量模块数据交互实时同步机床量刀

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纳秒激光抛光表面的波纹形成机理

应用激光 2022年第1期42卷 69-75页

作者：李健赵珂金卫凤江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 江苏大学智能柔性机械电子研究院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为探究激光抛光中引入的波纹的形成原因,通过纳秒光纤激光对718合金和304不锈钢进行了激光抛光,考察激光抛光导致的波纹效应。结果表明:激光抛光产生的波纹(尺度为数十微米)与激光脉冲作用间距(10μm)差别较大;不同激光能量产生的波纹... 详细信息

为探究激光抛光中引入的波纹的形成原因,通过纳秒光纤激光对718合金和304不锈钢进行了激光抛光,考察激光抛光导致的波纹效应。结果表明:激光抛光产生的波纹(尺度为数十微米)与激光脉冲作用间距(10μm)差别较大;不同激光能量产生的波纹在幅度上有差别,波纹的振幅随激光能量的减小而减小;波纹波长随激光能量的变化不大,具有一定的稳定性。根据试验结果,波纹的产生是涉及材料对激光能量的吸收、熔体流动、材料蒸发甚至脉冲时序的复杂过程,其根源在于激光交替作用于熔体和高温固体而产生的熔体流动差别。激光能量对波纹的影响机理为:激光能量过高时,由于输入能量部分以熔体气化的方式消耗掉,熔体厚度增大不明显,波纹随能量的变化不大;在产生气化较少的能量范围,激光能量的降低将导致熔体厚度减小,产生的波纹幅度减小。

关键词：激光抛光波纹纳秒脉冲激光激光功率波纹波长

衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响

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应用激光 2010年第1期30卷 65-70页

作者：任乃飞王辉金卫凤江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

用磁控溅射法制备Ni_(80)Fe_(20)薄膜,用中温管式炉对NiFe薄膜进行500℃退火处理,用X射线衍射(XRD)仪对退火后的薄膜进行结构分析。运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响。实验结果表明:硅片和K9... 详细信息

用磁控溅射法制备Ni_(80)Fe_(20)薄膜,用中温管式炉对NiFe薄膜进行500℃退火处理,用X射线衍射(XRD)仪对退火后的薄膜进行结构分析。运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响。实验结果表明:硅片和K9玻璃衬底对20nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较小,对40nm和60nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较大;经退火处理后的NiFe薄膜的瞬时反射率曲线由小于5ps的时间尺度和大于5ps的时间尺度两部分组成。

关键词：超快光学瞬时反射率泵浦-探测 NiFe薄膜

Subsurface imaging of a nucleated cell based on two wrapped phase images

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Chinese Optics Letters 2015年第13期13卷 23-26页

作者：徐媛媛王亚伟吴慧金卫凤季颖卜敏张力 School of Mechanical Engineering Jiangsn University Zhenjiang 212013 China Faculty of Science Jiangsu University. Zhenjiang 212013 China

We present a simple method for the subsurface iinaging of a nucleated cell. which is realized by measuring the difference in wrapped phase between a nucleated cell and its enucleated cell model. The latter one called as the reference phase can be simulated according to the axial thickness and the cytoplasmic reflactive index. We illustrate tile proposed method with theoretical analysis and numerical simulation of a binucleated cell, and prove its validity on real biological cells hy imaging the HeLa cell based on its experimental phase. It shows that this method is suitable for ilnaging of relatively simple nucleated cells.

关键词： 100.3008 Image recognition, algorithms and filters 120.5050 Phase measurement 170.0180 Microscopy 170.1530 Cell analysis

白细胞对偏振光的散射特性及散射特性与细胞结构的关系

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中国激光 2017年第10期44卷 211-220页

作者：卜敏胡双双陶兆禾金卫凤王亚伟江苏大学理学院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为了研究白细胞对偏振光的散射特性,运用几何光学近似理论修正偏振光传输的斯托克斯-穆勒矩阵元,基于偏心球模型数值模拟了两束偏振化方向互相垂直的偏振光入射时,不同形状、大小、折射率的无粒白细胞的散射光强空间分布以及散射特性与... 详细信息

为了研究白细胞对偏振光的散射特性,运用几何光学近似理论修正偏振光传输的斯托克斯-穆勒矩阵元,基于偏心球模型数值模拟了两束偏振化方向互相垂直的偏振光入射时,不同形状、大小、折射率的无粒白细胞的散射光强空间分布以及散射特性与细胞结构的关系。不同条件下偏振光散射三维分布图像呈现不同的条纹特征,表明分布规律与细胞模型的形体参量和光学参量具有相关性。散射光强的差值、比值、差和比的分析结果表明,偏振光的后向散射反映了细胞内部更丰富的结构信息和光学信息。

关键词：生物光学细胞分析光散射偏振光穆勒矩阵几何光学近似