1 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 中国科学院空间天气学国家重点实验室，北京 100190
3 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京 100094
4 中国科学院大学，北京 100049
相机是光学望远镜观测系统的重要组成部分，为了提高天文光学观测的精度和效能，开展了天文光学相机性能的检测技术研究。根据天文观测对光学相机的性能需求，给出了相机性能检测项目、检测方法、检测实验和数据处理方法，检测项目包括增益、读出噪声、满阱电荷、线性度、本底稳定性、像元响应不均匀性、暗电流等。基于这套方法，在实验室对sCMOS和CCD两款相机进行了实测，获得了相机的性能参数，结果显示，sCMOS 12-bit档位较CCD 1 MHz 4×档位，读出噪声低约1倍，暗电流高约17倍，动态范围低约3星等，像元响应不均匀性高约1倍，两款相机都具有较高的线性度和本底稳定性，该sCMOS具有辉光，不适合长时间曝光观测。该方法可以检测获得适用于天文光学观测的相机性能参数，便于开展天文实测工作，实现相同相机不同档位或不同相机之间的性能对比，定期对相机进行检测可以建立其全生命周期性能参数数据库，对相机的健康状态管理及观测系统故障诊断具有现实意义。
CCD CMOS 性能检测 天文观测 CCD CMOS performance testing astronomical observations 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230316
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
2 西安钢研功能材料股份有限公司，陕西 西安 710000
针对4 mm厚的国产Invar合金进行激光焊接实验，对比分析了不同热输入下接头显微组织的差异性，并探究了晶粒尺寸对接头拉伸性能的影响。结果表明，焊缝区域主要由柱状晶组成，在不同热输入下晶粒的生长模式几乎相似，但柱状晶晶粒的尺寸随着热输入的增加而逐渐增大。低热输入（90 J/mm）条件下的平均晶粒面积为12599.7 μm2，比高热输入（200 J/mm）条件下的细化了29.8%。相比于高热输入，低热输入时焊缝底部的亚晶粒数量增多且尺寸减小，平均二次枝晶间距从6.11 μm左右下降到4.26 μm左右。拉伸结果表明，热输入增加引起的晶粒粗化导致接头的抗拉强度由473.4 MPa下降至432.9 MPa，同时断口处等轴韧窝的尺寸和深度明显减小。
激光技术 激光焊接 国产Invar合金 组织演变 晶粒尺寸 拉伸性能 中国激光
2023, 50(24): 2402103
1 中国科学技术大学国家示范性微电子学院,合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215123
3 苏州纳维科技股份有限公司,苏州 215123
4 江苏第三代半导体研究院,苏州 215000
透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN, 研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明, 随着退火温度升高, 插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性, 而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现, 当以Ti作为插入层时, ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散, 在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示, 不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%, 而以TiN作为插入层时透过率为38.8%~55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率, 这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。
GaN光导开关 欧姆接触 GaN photoconductive semiconductor switch ITO ITO Ti Ti TiN TiN Ohmic contact
1 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 中国科学院地质与地球物理研究所 地球与行星物理重点实验室，北京 100029
4 中国科学院大学，北京 100049
为了使2.16 m望远镜具备线偏振测光观测能力，开展了偏振光度计研制。该系统采用双通道分时偏振成像方案，具有偏振定标单元、偏振测量单元，可实现偏振定标、偏振测量和多色测光。完成系统研制后，将其安装在2.16 m望远镜上开展实测，依照该偏振光度计偏振观测流程拍摄了一系列非偏振标准星、偏振标准星、流量标准星；按照偏振定标和偏振态解算数据处理方法，对获取图像进行数据处理。结果显示：该偏振光度计视场为4.63′×4.63′，像元比例尺为0.54 (″)/pixel，偏振度测量精度优于0.01，60 s曝光时间可以拍摄到V波段信噪比约为141的15.3等星。该偏振光度计使2.16 m望远镜具备V波段线偏振测光和快速多色测光观测能力。
成像偏振测量 偏振测光 线偏振测光 天文测光 imaging polarimetry photopolarimetry linear polarization photometry photometry 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220830
1 北京工业大学材料与制造学部, 北京 100124
2 唐山北极熊建材有限公司, 唐山 063705
石膏的溶解度和溶解速率等特性对无水硫铝酸钙水化及性能有重要的影响。本文采用等温量热仪、XRD、TG-DTG等多种测试方法, 研究了半水石膏、二水石膏、硬石膏溶解特性及其对无水硫铝酸钙水化进程的影响, 并基于Krstulovic-Dabic和Kondo模型, 计算了水化反应各阶段的动力学参数。结果表明, 半水石膏、二水石膏、硬石膏在纯水中的溶解度分别为2.74、2.30、2.38 g/L, 半水石膏的溶解速率最大, 其次是二水石膏, 硬石膏的最小(1 h的溶解度为1.19 g/L)。石膏的加入缩短了无水硫铝酸钙水化诱导期进而加快了水化进程, 其中半水石膏表现最为显著, 水化热曲线几乎不存在诱导期, 二水石膏次之, 硬石膏对诱导期的影响最小; 加速期初期的水化反应速率常数从小到大为硬石膏体系、二水石膏体系、半水石膏体系。石膏溶解速率和溶解度影响钙矾石的形成过程, 溶解速率大的石膏促使水化早期钙矾石沉淀出现, 生成量快速达到最大值; 且在相同时间内, 溶解度高的石膏体系钙矾石生成量大, 在水化1 h时, 半水石膏体系中钙矾石生成量约占试样总量的15.77%(质量分数), 二水石膏体系中钙矾石生成量占13.28%(质量分数), 硬石膏体系中钙矾石生成量仅占3.60%(质量分数)。
石膏 无水硫铝酸钙 溶解特性 水化进程 钙矾石 水化动力学 gypsum anhydrous calcium sulfoaluminate dissolution characteristic hydration process ettringite hydration kinetics
南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
针对航空航天领域广泛应用的中厚板2219铝合金，设计了激光镜像焊接实验以分析焊接接头组织分布，对比研究了焊接热输入对焊缝形貌、微观组织、断口形貌及元素分布的影响。结果表明：随着焊接热输入的增加，联合焊缝面积增大、“等腰”比例增加，上熔合线区域柱状晶区宽度由127 μm减少至87 μm，且下熔合线区域柱状晶区宽度小于上熔合线区域柱状晶区。不同焊接热输入下的焊缝中心区域均为等轴树枝晶组织，且随着焊接热输入的增大，焊缝中心区域等轴树枝晶的数量增加，证明热输入提高对细化晶粒具有积极作用。此外，当焊接热输入增大时，焊接接头力学性能得到提升，焊缝区显微硬度最高可达74.9 HV，拉伸强度由188.39 MPa提高至259.47 MPa，接头拉伸断裂部位出现在焊缝区，断裂方式随着热输入的增加由混合断裂转变为韧性断裂，同时韧窝数量增加，尺寸增大且更加均匀。
激光技术 激光镜像焊接 2219铝合金 热输入 显微组织 力学性能 中国激光
2023, 50(16): 1602101
1 中国科学技术大学纳米科学技术学院, 苏州 215123
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 苏州纳维科技有限公司, 苏州 215000
4 沈阳材料科学国家研究中心, 沈阳 110010
远程外延是一种用于生产单晶、独立式薄膜和结构的新兴技术, 该方法使用二维范德瓦耳斯材料作为半透明夹层, 实现外延生长及外延层在二维层界面的剥离。本文研究了在蓝宝石衬底上利用单层石墨烯作中间层异质远程外延GaN成核层、GaN薄膜。结果表明, GaN成核岛具有良好的取向, 通过参数调整, 可实现致密的GaN成核层。AFM和XRD测试结果证实, 与同样条件下蓝宝石衬底上直接生长的GaN薄膜相比, 石墨烯上异质远程外延得到的GaN薄膜具有更低的表面粗糙度和位错密度。
石墨烯 异质远程外延 表面粗糙度 位错密度 GaN GaN graphene MOCVD MOCVD remote heteroepitaxy surface roughness dislocation density
1 中国科学技术大学纳米科学技术学院, 苏州 215123
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 苏州纳维科技有限公司, 苏州 215000
4 沈阳材料科学国家研究中心, 沈阳 110010
使用波长248 nm的准分子激光器实现了GaN基微型发光二极管(Micro LED)的大面积激光剥离(LLO)。分离器件所需要的临界激光能量密度为800~835 mJ·cm-2, 分离的器件完好无损, 分离表面光滑, 残余应力为0.071 4 GPa, 均方根粗糙度仅为0.597 nm, 远低于目前报道的LLO方法分离表面。该研究为实现高质量、高效率的GaN基Micro LED芯片的制备提供了一种有前景的思路, 对柔性GaN基器件的制备具有一定意义。
微型发光二极管 激光剥离 准分子激光器 成品率 平整度 gallium nitride GaN micro light-emitting diode laser lift-off excimer laser production yield flatness
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 211106
基于航空航天器轻量化、高性能及高可靠性的制造要求，为增加焊缝强化相数量、获得高质量平板对接结构，采用填充4047焊丝和2319纳米焊丝的激光焊接方法对2 mm厚的2195铝锂合金对接结构进行焊接。针对填充不同焊丝得到的焊接接头微观组织、元素含量及力学性能进行对比分析。结果表明，激光填丝焊接相较于激光自熔焊，焊缝组织得到细化，填充2319纳米焊丝的激光焊接焊缝组织均为细小的等轴晶，纳米颗粒的添加促进了柱状晶向等轴晶的转变。同时，纳米焊丝熔化后进入激光焊接熔池，有效补充了焊缝的元素烧损，含Cu强化相增加。因此，填充4047焊丝的激光焊接接头的抗拉强度为259.9 MPa，相较于无填充焊丝的激光自熔焊提高了17.07%；填充纳米焊丝的激光焊接接头的抗拉强度达到253.51 MPa，相比于激光自熔焊提高了14.19%。填充4047焊丝能有效提高2195铝锂合金激光焊接焊缝的抗拉强度。
激光技术 激光焊接 铝锂合金 等轴晶 纳米焊丝 微观组织 中国激光
2023, 50(12): 1202101
1 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000
2 浙江泰仑电力集团有限责任公司配电工程分公司，浙江 湖州 313099
3 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074
4 华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
采用10 000 W光纤激光器开展磁场辅助激光摆动焊接10 mm厚6061-T6铝合金的工艺试验。利用超景深显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析焊缝截面的宏观形貌和微观组织形貌。观察到在磁场辅助激光摆动焊接的作用下，焊接接头的下塌、飞溅和凹坑等缺陷得到了明显抑制。进而通过高速摄像机对焊接过程中熔池和小孔的行为特征进行了直接观测，观察到磁场有稳定磁场流动的作用。然后进行了X射线探伤测试了焊缝的气孔率，200 mT磁场辅助激光摆动焊接的气孔率最小，能达到0.856%。最后进行了拉伸性能测试，磁场辅助激光摆动焊接的拉伸强度最高能达到318.85 MPa。
磁场 6061铝合金 激光摆动焊接 气孔率 magnetic field 6061 aluminum alloy laser-weaving welding porosity
