用于材料反射率测量的共轭反射计设计与分析

为了研究激光辐照过程中材料的耦合特性及耦合特性随温度的变化规律,设计了一套主体为半椭球壳体,可用于激光辐照过程中材料反射率在线测量的共轭反射计实验装置,研制完成的初样其主体内壁在可见-长波红外光谱范围内镜面反射率优于70%。介绍了测量原理和测试系统的设计方案,采用光线追迹模拟方法研究了主体部分的设计参数,分析了开孔位置、入射方向、光斑尺寸、收集孔径以及内壁反射特性对测量收集效率的影响。结果表明:在设计指标下选用探测光束直径为Φ10 mm、收集孔径为Φ38.1 mm时,收集效率可达到完全收集的97.8%,满足测量要求。另外,用短波激光测量内表面光洁度有更高要求;理想面型条件下,限定范围内的收集效率主要由内壁镜面反射率决定;因此,半椭球内壁的面型、光洁度、反射率及其均匀性是影响测量精度的主要因素。

光学概念集设计的初步实践

光学是基础物理学的一个重要分支,其研究的是光的性质和现象,包括光的传播、折射、反射、干涉、衍射、偏振等方面的知识.在基础物理学课程中,光学是必修的内容,学生对光学知识的掌握程度可反映物理教学质量.本文主要设计了一份光学概念集调查问卷,面向某985高校学生发放该问卷,并对其结果进行分析,也针对学生的作答情况对该光学概念集做出相应的评价.

玻璃钢激光烧蚀的微波透射性能研究

为了解激光辐照对玻璃钢材料微波透射特性的影响,对激光照射后的样品进行了分析研究。通过红外谱分析了烧蚀样品的微观结构变化,用扫描电镜分析了损伤细观形貌,结合结构和物理性能的变化讨论了微波透射性能变化。结果表明,激光烧蚀会导致玻璃钢材料微观组分的变化、宏观结构的改变,形成烧蚀层、碳化层、热解层和原始层组成的多层结构。其中,碳化层、烧蚀层的微观构成发生了显著变化,形成了微波的散射和吸收机制,进而导致了微波传输性能下降。

周期和随机分量叠加而成粗糙表面的激光散射

研究了机械加工时由周期分量和随机分量叠加形成的粗糙表面的激光散射特性。基于Helmholtz-Kirchhoff积分定理并结合统计学相关理论,推导得到了上述粗糙表面的散射场强空间分布理论计算公式。根据推导得到的计算公式,计算了不同周期振幅和不同随机粗糙度情况下的散射场强空间分布,并分析了散射场空间分布的特征和形成原因。理论计算结果表明:在随机性粗糙度远小于激光波长时,周期振幅越大,散射场空间分布的"衍射条纹"现象越明显;而在随机性粗糙度和激光波长可比拟时,周期振幅在波长范围内的变化对散射场空间分布特征影响较小,不再有"衍射条纹"出现。在这种情况下,周期振幅的变化所产生的效果相当于是对散射场空间分布进行了调制。

玻璃钢激光烧蚀碳化致微波传输衰减的数值模拟

当激光辐照玻璃钢烧蚀碳化至一定程度时,产生的树脂碳产物对微波传输产生衰减作用。针对该现象,开展了数值建模研究,将激光辐照-微波传输衰减效应分解为激光辐照、材料热响应、提取模型表征量、微波传输衰减分析等过程。通过玻璃钢材料的激光耦合特性和表面温度测试,对建立的玻璃钢层合板激光辐照温度场计算模型进行了验证;通过材料体温度分布的时间演进分析,提取了网格单元温度超过阈值温度的持续时间加权和S_(t,Tc)、网格单元温度超过阈值温度的持续时间与温度乘积的加权和S_(Tt,Tc)两个模型表征量,采用单个实验数据标定系数、整体数据点匹配分析方法,对微波传输衰减实验与数值模拟结果进行了分析。分析结果表明,S_(t,Tc)比S_(Tt,Tc)更适于表征玻璃钢烧蚀碳化致微波传输衰减效应,温度阈值为873℃时计算结果与实验结果最匹配,其R^(2)为0.9956。这说明,通过计算激光辐照玻璃钢温度响应并提取微波传输衰减效应表征量S_(t,Tc),可实现对玻璃钢激光烧蚀碳化致微波传输衰减效应的模拟和预测。

三结GaAs太阳电池连续激光辐照累积效应

开展了三结GaAs太阳电池1.1μm连续激光辐照效应实验,获取了太阳电池损伤温度范围,据此将效应结果分3个温度区间分别分析。结合太阳电池耦合特性测量结果,设计并开展了相同辐照功率密度不同辐照时间及相同温度历程不同辐照次数累积效应实验。实验结果表明:当最高温度低于490℃时,太阳电池不会发生明显损伤;当最高温度超过490℃时,太阳电池激光辐照有明显的累积效应,增加辐照次数会加重太阳电池损伤程度;若最高温度为490~660℃时,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至趋于一个定值;若最高温度超过660℃,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至接近完全失效。

Kevlar/epoxy复合材料热解产物质量-时间曲线的形态分析

为研究kevlar/epoxy复合材料热解产物质量-时间曲线的形态,基于Arrhenius公式对该材料的热解失重过程进行了理论分析,推导得到了热解产物质量公式。该公式与本项目组前期实验研究中使用的Boltzmann公式在形式上和变化规律上具有相似性。基于Arrhenius公式构建了热解产物质量分数计算程序,并对Boltzmann公式与热解产物质量公式的等效性进行了定量分析。结果表明,当材料升温速率较小时,Boltzmann公式与热解产物质量公式之间的差异较小,二者具有较高的等效性;当材料升温速率增大时,二者间的差异快速增大。当材料温度以e指数形式增长,升温速率高于75.8℃·s^-1时,材料的热解产物质量-时间曲线将不能用Boltzmann公式进行描述。

改进二维光电位置传感器及线性度实验研究

介绍了日本HAMAMASTU公司改进表面分流型二维光电位置传感器的工作原理及专用信号处理电路,指出其仍存在位置检测误差比较大的显著缺点。作者沿传感器高度和水平Y两个方向在Ф5mm内对该传感器线性度进行了大量实验研究,实验结果表明,该传感器的线性度性能A区要明显好于B区,应用时如能控制在A区,将具有较高的测量精度,其非线性度误差可达到≤1%。

高功率密度激光辐照下镀膜镜片热变形的模拟和测量

为研究近红外高功率密度激光辐照下熔融石英镜片的热变形,基于有限元分析软件建立了镜片热力学模型并进行了计算分析,同时开展了实验测量。首先,建立了镀增透膜楔形石英镜片的有限元分析模型,得到了激光辐照下温度和形变量随时间的变化关系和镜体形变图像。其次,计算分析了楔镜体吸收率、膜层吸收率对热变形的影响,研究了不同功率密度和总功率的激光辐照时熔融石英镜片热变形的规律。最后,研究了镀增透膜石英楔镜在总功率为12 kW和最高功率密度为44 kW·cm^(-2)激光辐照下的温升和形变规律,并对实验和建模计算结果进行了分析,激光功率在5~15 kW范围时,面型计算值与实验测量值最大相对偏差约为6%。激光功率在2~15 kW范围时,温度计算值与实验测量值最大相对偏差约为8%。研究结果表明:热变形主要取决于膜层的吸收,楔镜的温升和形变量随膜层吸收和体吸收率呈准线性变化关系;膜层吸收和体吸收形变方向的不同可能造成面型凹坑。

激光作用下环氧/硅树脂复合涂层的1.3 μm反射特性研究

利用共轭反射计装置,开展了真空环境中激光作用下环氧/硅树脂双层结构复合涂层的1.3μm反射特性研究,测量得到了涂层反射率随样品背表面温度的变化曲线。通过有限元分析和界面热阻修正得到了反射率随涂层温度的变化关系,探讨了反射率随温度的变化机理。研究结果表明,红外连续激光损伤环氧/硅树脂复合涂层,主要表现为底漆热解引发的鼓包分层和面漆热解导致的烧蚀变色;常温下涂层对1.3μm激光的反射率约为0.80,激光辐照初始时变化不明显,鼓包前后出现波动,测量区涂层鼓包、烧蚀后反射率显著下降,最终保持在一个相对较低值;反射率变化与涂层热解过程、损伤方式密切相关,涂层对1.3μm激光的反射率变化存在3个特征温度,分别对应底漆热解、面漆热解和表面状态趋于稳定时的温度。

聚氨酯黑漆的红外激光损伤机理研究

为研究有机漆涂层的激光损伤机理,利用红外连续波激光,开展了真空低温环境下聚氨酯黑漆涂层的激光辐照实验,并进行了扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,结合宏观现象、微观形貌分析对损伤等级进行了划分。结果表明,红外激光对聚氨酯黑漆的作用以热效应为主,损伤在宏观上表现为涂层色泽下降、颜色变化、烧蚀,微观上出现了裂纹和颗粒团聚;辐照升温使涂层组分和化学结构发生了改变,粘结剂聚氨酯中氨基甲酸酯基团的C-N键和O-C=O双键在激光辐照加热下容易断裂,导致材料降解、碳化,烧蚀产生热解气体和可凝挥发物。

Nomex蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学建模

胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,建立了蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学模型。经外伸梁三点弯曲法试验校验,所建力学模型计算值与试验值的误差在15%内,可以较好地实现蜂窝夹层结构在高温下的弯曲刚度预报。研究成果可以用于软夹心蜂窝夹层结构在高温下弯曲刚度的估算。

如何提高课堂气氛

课堂气氛也称为课堂的心理气氛，它是一种观念形式，又是一种教学环境，教师通过讲课技巧和艺术手法去引导学生，活跃课堂气氛，激发学生学习的积极性，使教学双方感情畅通地交流。上课伊始，学生对新内容会感到陌生，都带着问号在上课，这时你要抓住学生的心理充分展示自己的才能，活跃课堂气氛，这样学生会积极主动地配合你，为你顺利地完成教学任务做好铺垫。