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碳纤维/环氧树脂编织结构激光辐照热传导效应仿真研究

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光学学报 2024年第11期44卷 133-143页

作者：卓越洋贺子安刘涛汪贺刘兆和熊小强陈晓龙何兵中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王之江创新中心上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学技术大学光学与光学工程系安徽合肥230026

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材... 详细信息

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材料对激光的吸收率数值约为0.96。基于该模型利用COMSOL软件仿真计算了碳纤维/环氧树脂复合材料在高斯激光束平行/垂直材料内部纤维取向辐照的烧蚀行为,得到了激光功率、辐照时间对材料温度、烧蚀深度以及烧蚀热的影响规律。结果表明,激光平行纤维方向辐照材料时,材料向深度导热迅速,易形成较大的烧蚀坑,激光功率设置为400、600、800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.642、1.721、2.846、3.990 mm的烧蚀深度;激光垂直纤维方向辐照材料时,材料的温升速率受环氧树脂和碳纤维层的叠加以及环氧树脂热解的热隔绝影响,难以向深度导热,烧蚀深度较浅,在光斑直径为10 mm、激光功率设置为800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.567、1.243 mm的烧蚀深度。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料导热系数阶梯变化模型温度场烧蚀深度烧蚀热

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KDP类晶体快速生长技术研究进展(特邀)

中国激光 2024年第11期51卷 173-180页

作者：齐红基邵建达王斌吴福林陈端阳陶光辉陈征民顿爱欢中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

从技术路线、生长设备和工艺优化3个方面简述KDP类晶体快速生长领域的研究进展。通过生长集成控制系统的研制、循环过滤系统的优化升级,以及晶体生长实时监控系统、大尺寸KDP类晶体线切割设备、高精密退火设备的研发,实现晶体生长、切... 详细信息

从技术路线、生长设备和工艺优化3个方面简述KDP类晶体快速生长领域的研究进展。通过生长集成控制系统的研制、循环过滤系统的优化升级,以及晶体生长实时监控系统、大尺寸KDP类晶体线切割设备、高精密退火设备的研发,实现晶体生长、切割、退火的全链路突破;通过数值模拟仿真优化晶体生长浓度场,实现晶体稳定良好的生长,利用精密热退火进一步提高晶体的光透过性能和抗激光损伤性能。针对晶体柱锥交界面影响高功率激光光束质量的问题,提出长籽晶快速生长法,从锥区限制生长发展到自由生长进行不断改进优化,不断地改善晶体生长流场结构,提高晶体损伤性能。

关键词： KDP类晶体长籽晶快速生长集成化

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的光谱调控研究进展

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 1128-1148页

作者：田燕娜范金太姜本学陈杰周圣明中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室上海201800

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基... 详细信息

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基质化学组分取代可实现Ce^(3+)发射波长从460~610 nm范围内的连续可调,不仅大大拓宽了其潜在应用场景,也为Ce^(3+)发光理论的建立和完善提供了广泛的素材。然而随着近年来相关实验探索的大幅增加,种类较为庞杂的Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料特性与发射波长调控理论常常出现无法解释甚至矛盾之处,成为阻碍Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料发展的重要瓶颈之一。针对这一问题,本文简要介绍了基质化学组分取代调控Ce^(3+)发射波长的几种主要理论,综述了近年来Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的研究进展,并结合理论与实验,主要从[CeO_(8)]畸变因子角度出发,讨论了离子取代对Ce^(3+)发光性能的影响。

关键词：石榴石荧光材料铈氧十二面体热稳定性

基于二维磁光阱的增强型^(199)Hg冷原子团制备

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物理学报 2024年第1期73卷 140-148页

作者：余泽鑫刘琪鑫孙剑芳徐震中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱... 详细信息

在精密测量领域中,高效地制备冷原子团具有重要的意义.在光晶格钟里,缩短冷原子团的制备时间可以降低Dick噪声,从而提高光晶格钟的稳定性.本文采用二维磁光阱加推送光的构型提高了三维磁光阱在超高真空环境中的装载率,并通过压缩磁光阱技术降低了原子团温度,实现了用于^(199)Hg光晶格钟的增强型冷原子团制备.实验上通过优化三维和二维磁光阱的失谐量和磁场梯度以及推送光的失谐量和功率等参数,将三维磁光阱的^(199)Hg冷原子装载率增强了51倍,提升至3.1×10^(5)s^(–1),然后使用压缩磁光阱技术将^(199)Hg冷原子团的温度降低至45μK,低于多普勒冷却理论温度.这种基于二维磁光阱的增强型冷原子团制备可在超真空环境下实现对三维磁光阱装载率的高增益,有效地缩短了冷原子团的制备时间,同时也降低了原子团的温度,有利于提高光晶格的转移效率,为其他冷原子实验中冷汞原子团制备提供了有效方案.

关键词：汞原子光晶格钟激光冷却二维磁光阱

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星载激光雷达遥感技术进展与发展趋势(特邀)

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中国激光 2024年第11期51卷 181-200页

作者：陈卫标刘继桥竹孝鹏毕德仓侯霞中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室上海201800

星载激光雷达遥感技术,作为主动光学遥感手段,具有高垂直分辨率、高探测精度、全天时测量等优势,能获取一些传统被动光学或者微波遥感无法获得的信息。随着激光器及探测技术的进步,发展了不同探测体制的星载激光遥感技术,这些技术先后... 详细信息

星载激光雷达遥感技术,作为主动光学遥感手段,具有高垂直分辨率、高探测精度、全天时测量等优势,能获取一些传统被动光学或者微波遥感无法获得的信息。随着激光器及探测技术的进步,发展了不同探测体制的星载激光遥感技术,这些技术先后在深空探测和对地观测等多个领域得到重要应用。星载激光遥感技术的主要应用包括行星和月球的三维高程测量,地球大气云和气溶胶三维廓线、大气三维风场、温室气体浓度及海洋立体剖面等的测量,并先后在多个空间任务中得到了有效验证。对于一些重要应用领域的高精度测量,星载激光遥感技术是唯一有效的方法。星载激光雷达的长寿命和高测量精度在轨得到了验证,使得星载激光遥感技术从空间演示验证逐渐实现业务化运行,将在未来的陆地测绘、气候、气象研究及环境监测中发挥重要作用。最近20年,中国星载激光雷达遥感技术发展迅速,在多个领域取得国际领先的创新成果,包括星载温室气体二氧化碳探测激光雷达和高光谱气溶胶探测激光雷达等,正在服务国家重大应用,为国际星载光学主动遥感作出了重要贡献。

关键词：星载激光遥感激光高度计多普勒测风激光雷达差分吸收激光雷达气溶胶后向散射激光雷达

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准二维各向同性激光冷却的光场仿真

光学学报 2024年第3期44卷 155-165页

作者：张孝王鑫王文丽孙远刘亮中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的... 详细信息

在各向同性激光冷却原子实验中,光场分布是影响冷原子分布的重要因素,可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构,并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明,与自由空间光入射相比,激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场,因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数,实现对光场均匀度的优化。此外,随着腔体边长的等比放大,腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维,在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下,能够获得呈准二维分布的冷原子,在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。

关键词：光场仿真漫反射准二维光场各向同性激光冷却

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极紫外光刻中的边缘放置误差控制

中国激光 2024年第7期51卷 64-84页

作者：曹晶杨文河刘泽旭陈韫懿魏鑫林楠中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 超强激光科学与技术重点实验室(中国科学院) 上海201800

极紫外(EUV)光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加,芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差(EPE)是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和... 详细信息

极紫外(EUV)光刻是7 nm及以下技术节点芯片大规模量产的关键技术。随着技术节点的减小、工艺复杂性的增加,芯片的良率面临着巨大挑战。边缘放置误差(EPE)是量化多重曝光技术过程中制造图案保真度的最重要指标。EPE控制已成为多重曝光和EUV融合光刻时代最大的挑战之一。EPE是关键尺寸(CD)误差和套刻误差的结合。在EUV光刻中,光学邻近效应和随机效应是引起光刻误差的重要因素。光学邻近效应校正(OPC)可以使EPE最小化。对于最先进的技术节点,EPE通常由随机效应主导,因此需要对EPE进行建模,尤其是需要对随机效应进行严格的建模,以分析影响EPE的关键参数。选择不同的测量手段对关键参数进行测量并优化EPE是提高芯片良率的重要途径。本文首先综述了EPE在EUV光刻中的重要作用,然后讨论了OPC和随机效应、EPE模型及涉及的关键参数,并介绍了关键参数的测量方法,最后总结和展望了与EPE相关的技术。

关键词：测量极紫外光刻光源套刻光学邻近效应校正对准

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原位重熔对激光选区熔化高强铝合金影响研究

激光与光电子学进展 2024年

作者：高鹏博吕非梁怡航王会廷安徽工业大学冶金工程学院中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室

高强铝合金具有比强度高、耐腐蚀、可焊接的优点，通过将其与激光选区熔化（SLM）技术的结合有望提升航空航天结构件的性能，但是成形过程中产生的孔隙缺陷限制了其进一步的应用。现将激光原位重熔工艺引入SLM成形过程中，探究了该工艺... 详细信息

高强铝合金具有比强度高、耐腐蚀、可焊接的优点，通过将其与激光选区熔化（SLM）技术的结合有望提升航空航天结构件的性能，但是成形过程中产生的孔隙缺陷限制了其进一步的应用。现将激光原位重熔工艺引入SLM成形过程中，探究了该工艺消除孔隙缺陷的有效性和力学性能影响。研究发现，激光原位重熔工艺可以消除SLM成形过程中形成的孔隙缺陷，有效提高致密度。通过探索不同的激光原位重熔扫描速度，激光原位重熔之后样件的致密度、孔隙分布等，得到最优的工艺窗口为激光功率和扫描速度均与SLM成形参数相同(390 W、2250 mm/s)。该工艺下，样件致密度达到最高的99.87%，孔隙尺寸均小于5μm且无不规则缺陷。XRD图谱中存在Al3Sc相、Al6Mn相的微弱杂峰，其余元素均固溶于Al基体中，微观组织表现为良好的双峰组织，平均晶粒尺寸为2.22μm，较未经激光原位重熔试验样件未发生晶粒粗化的现象。拉伸强度为545 MPa，较未经激光原位重熔试验样件提高了18.5%，断裂模式为脆性沿晶断裂。本研究对于提高高强铝合金SLM可打印性以获得质量稳定的低缺陷、高性能成形件具有重要意义。

关键词：激光选区熔化激光原位重熔高强铝合金孔隙缺陷力学性能

溶胶-凝胶SiO_(2)减反膜的制备与光学性能研究

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无机材料学报 2024年第5期39卷 525-530页

作者：沈斌张旭熊怀李海元谢兴龙中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基... 详细信息

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基础,通过提拉法在其表层涂覆致密的SiO_(2)薄层后得到机械强度提升的双层SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-MTES),并与常用的单层氨固化SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-HMDS)进行相关应用性能的综合比较。结果表明,涂覆SiO_(2)-MTES的熔石英在约800 nm处的峰值透过率大于99.6%,运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该双层SiO_(2)减反膜的零几率激光损伤阈值为51.9 J/cm^(2)(1064 nm,9.1 ns),与涂覆SiO_(2)-HMDS的性能相当。同时,SiO_(2)-MTES膜层与水的接触角达到117.3°,且在相对湿度大于90%的高湿环境中膜层的透过率较稳定。多次擦拭实验结果表明SiO_(2)-MTES的耐摩擦机械强度明显优于SiO_(2)-HMDS,有效提升了膜层与光学元件之间的结合强度。

关键词：溶胶-凝胶减反膜 SiO_(2) 机械强度