飞秒激光烧蚀硅材料表面形成周期波纹形貌研究

基于Sipe-Drude模型和表面等离子体激元(SPP)的干涉理论分别对单脉冲飞秒激光诱导硅表面形成低频率周期性波纹进行分析研究.探究了波长800 nm、脉宽150 fs的单个飞秒激光烧蚀硅造成不同激发水平下波纹形貌的变化,考虑到材料的光学性质变化(由Drude模型得到的介电常数变化),引入包含双温方程的电子数密度模型.计算结果表明,Sipe-Drude和SPP理论都适用于分析和解释高激发态下周期性波纹,但Sipe-Drude理论更适合分析更为广泛的周期性波纹结构.同时,波纹延伸方向总是垂直于入射激光偏振方向,其空间周期略小于激光波长,并受到入射激光通量的影响.在激光通量为0.38 J/cm^2时,波纹周期达到最小值.另外,还得到了不同入射角度的波纹周期变化情况,并在不同偏振态下随入射角度增大时波纹周期呈现相反的变化趋势.该研究对于理解飞秒激光造成硅表面形成周期结构及其在加工硅材料领域具有重要参考意义.

基于半圆型波纹周期梁的柔顺恒力机构优化设计

为了解决柔顺恒力机构中正刚度模块的几何非线性问题,基于半圆型波纹周期梁设计了正刚度模块,负刚度模块采用双稳态梁,利用正负刚度叠加原理设计了柔顺恒力机构。采用莫尔积分法和柔度矩阵法建立了正刚度模块的理论模型,采用椭圆积分法建立了负刚度模块的理论模型,并通过ANSYS有限元仿真软件分析了柔顺恒力机构的力-位移曲线以验证理论模型,两者相对误差在10%以内。为了扩大恒力区间范围,采用响应面法对柔顺恒力机构的几何参数进行优化,并对影响恒力范围的几何参数进行了灵敏度分析。利用3D打印技术加工柔顺恒力机构样机进行实验验证,实验结果表明,机构能在输入位移1.1~6.2 mm的范围内保持约18.8 N的恒力,验证了所设计的柔顺恒力机构的可行性、优化方法的有效性和理论模型的准确性。

周期性波纹通道内换热与流动的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法，数值研究了一种紧凑换热器中波纹通道内周期性充分发展的层流流动与换热情况，流动船数的范围为100～1100，Pr数为0．7．计算考察了不同波纹高度、波纹间距对流动与换热的影响，并对模型参数进行了性能评价．计算结果表明，整体Nu数及雁数随着流动Re数的增加而增加．随着波纹高度的增加或波纹间距的减小，换热增强，特别是在高船数下波纹高度的增加更加强化换热．最佳波纹高度和间距分别为1．15mm和13mm．

同轴与圆柱布喇格反射器的比较及波纹槽周期对反射率的影响

对同轴布喇格反射器与圆柱布喇格反射器的比较研究表明,同轴布喇格反射器具有模式选择性更好、几何尺寸更大的优点。数值模拟研究结果显示,当同轴布喇格反射器内外导体柱波纹槽周期相同时,反射率获得最优效果。

飞秒激光诱导硅材料表面周期结构的研究

为了研究飞秒激光诱导的硅材料周期表面结构,采用了理论分析和实验验证相结合的方法,对波纹周期与入射激光波长之间关系的理论分析计算,得到了单晶硅表面波纹周期约为800nm,研究了1k Hz的飞秒脉冲(中心波长800nm,脉宽35fs)加工单晶硅引起的波纹结构。结果表明,在功率密度略大于样品损伤阈值的条件下,单晶硅表面形成了清晰的平行等间距直线周期条纹结构,测得该条纹的周期约为750nm,与所用激光中心波长接近。使用可旋转的格兰-泰勒棱镜改变入射激光的偏振方向,发现周期波纹方向随入射激光偏振方向的改变而改变,条纹方向与飞秒激光的电矢量方向垂直,并且由加工图片看出经辐照过的区域比未经辐照区域干净得多。这一结果对进一步研究激光诱导的周期性表面结构具有参考意义。

渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法，数值研究了周期性渐扩渐缩波纹通道内脉动流动与换热情况，流动RP数的范围为10～1000，Pr数为0．7。计算考察了不同愚数、脉动频率以及振幅对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明，稳态下如数大于40以后，流动出现分离，胎数大于600以后，流动显得复杂和混乱：受入口脉动流的影响，通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移，从而增强了流体之间的扰动和掺混，强化了传热；传热的强化效果随着流动如数、脉动频率以及振幅的增大而增强；另外，流动阻力随着无量纲时间呈正弦规律变化，但与脉动频率无关。

波纹辊辊形参数对轧制Cu/Al层合板翘曲的影响

采用传统方法轧制Cu/Al层合板的过程中易出现翘曲变形,新型波纹辊轧制对改善其翘曲变形具有积极作用,为探究波纹辊辊形参数对轧制Cu/Al层合板的翘曲的影响规律,借助数值模拟方法,研究了轧辊波纹幅值与周期对轧制Cu/Al层合板翘曲的影响。结果表明:对于给定初始厚度的Cu/Al层合板,其翘曲曲率随着波纹幅值的增大先减小后增大,随着波纹周期的增大而增大,其中,波纹幅值为0.2 mm、波纹周期为πmm的波纹辊轧制的Cu/Al层合板的翘曲曲率最小。研究结果可为制备高板形质量的Cu/Al层合板提供技术参考。

慢波结构参数对同轴相对论返波管线性增长率的影响

根据线性理论推导同轴相对论返波管色散方程和线性增长率,分别给出了波纹深度和波纹周期改变对于同轴相对论返波管线性增长率的影响规律,发现在一定范围内,减小波纹周期或者增大波纹深度能够降低结构波相速度,获得较大的线性增长率。

脉冲能量对不锈钢表面微观形貌影响规律研究

为了研究空气中飞秒激光脉冲能量对不锈钢表面形成周期性结构的影响规律,采用脉宽为50fs、中心波长为800nm的飞秒激光辐射304不锈钢表面,利用扫描电子显微镜观察微观形貌,分析了不同种类波纹的产生机理。结果表明,脉冲能量在0.1mJ^0.3mJ时,表面形成垂直于激光偏振方向的纳米级周期性波纹;脉冲能量在0.4mJ^0.7mJ时,表面有产生平行于激光偏振方向的周期性波纹的趋势;脉冲能量在0.8mJ^1.0mJ时,表面出现明显的平行于激光偏振方向的微米级大尺度周期性波纹,且波纹表面覆盖着与其方向垂直的短周期性波纹。该研究为后续在不锈钢表面制备可控微观形貌奠定了基础。

超宽带高增益对踵Vivaldi天线的设计

文章设计了加载周期波纹与三层介质透镜的对踵Vivaldi天线(antipodal Vivaldi antenna with a periodic slit edge and three-layer trapezoid-shaped dielectric lens,PSEAVA-TDL),拓展了传统对踵Vivaldi天线(conventional antipodal Vivaldi antenna,CAVA)的低频带宽,改善了CAVA的辐射性能,在4、16 GHz处天线的端射增益分别提升了2.1、7.0 dB。宽频带内该天线辐射性能稳定,方向性良好。该天线经过加工测试,实测结果和仿真数据基本一致。

基于双脉冲序列调节电子动态控制周期结构的研究

采用可调节延迟、共线的双束飞秒激光脉冲列烧蚀ZnO表面,验证随着延迟时间的变化,其表面周期波纹结构的转变及结构转变的机理。在ZnO表面上可以分别观察到低空间频率的周期波纹结构(LSFL)和高空间频率的周期波纹结构(HSFL)。随着延迟时间的增加,发现低空间频率的周期波纹结构开始向高空间频率的周期波纹结构转变的现象。利用电子产生的速率方程分别去计算由800nm激光和400nm激光辐照所激发的电子密度。最终的计算结果结合Sipe理论可以对该现象的发生进行解释。该研究表明,可以通过可调节延时的双束激光脉冲列来控制激发的电子水平从而改变飞秒激光辐照在材料表面诱导的周期波纹结构。