强激光与粒子束
2024, 36(1): 013014
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
2 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室,江苏 南京 210023
为了解决硅纳米线光电探测器光吸收率较低的问题,构造了一种六边形硅纳米线结构的光电探测器,并在该结构上覆盖零带隙的石墨烯,同时加入Au光栅,最后利用COMSOL软件对器件结构进行建模分析。研究表明,在0.5~1.5 μm光波段范围内,石墨烯的覆盖和Au光栅的加入能有效提升器件的光吸收性能,并且石墨烯与Au光栅的厚度均对该器件性能有所影响。
纳米线光电探测器 光吸收率 石墨烯 LSPR效应 COMSOL软件 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504001
1 1.北京科技大学 新材料技术研究院, 北京 100083
2 2.北京科技大学 顺德创新学院, 佛山 528399
3 3.北方工业大学 机械与材料工程学院, 北京 100144
均匀生长大尺寸光学级金刚石膜一直是微波化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)金刚石研究领域的热点和难点, 沉积台的结构与位置对于金刚石膜均匀性以及厚膜生长的长期稳定性至关重要。本研究通过COMSOL模拟结合实验研究了沉积台高度对衬底表面电场均匀性、等离子体状态和温度均匀性的影响规律, 优化了光学级金刚石膜均匀生长的工艺参数, 在最佳沉积台高度(2 mm)下沉积得到的2英寸金刚石膜(最大厚度337 μm), 厚度不均匀性<11%, 从膜中心到边缘的拉曼半峰全宽为3~4 cm-1, 可见光波段内最高透过率为69%~70%, 10.6 μm处红外透过率为70%。结果表明: 金刚石膜的厚度和品质较为均匀, 实现了两英寸光学级金刚石膜的均匀沉积。沉积台高度对衬底表面的电场分布、等离子体形状和温度分布都有一定影响, 随着沉积台高度增加, 衬底表面电场分布均匀性和温度均匀性得到明显改善, 且衬底表面的等离子体分布更均匀, H原子和含碳基团的浓度增加。
光学级金刚石膜 温度均匀性 红外透过率 沉积台高度 COMSOL模拟 optical grade diamond film temperature uniformity infrared transmittance deposition platform height COMSOL simulation
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 中国电子科技集团公司第十一研究所,北京 100016
由于转盘电极原子发射光谱(RDE-AES)技术具有操作简单、无须制备样品、结果可靠性强等优良特性,被广泛应用于油液检测。但该技术采用的光源主要是电弧,由于电极磨损导致放电间隙改变造成的电弧不稳定等原因导致最后采集的光谱数据所分析的结果与实际存在误差。本文提出了一种基于“双转盘”电极结构的原子发射光谱油液检测装置的检测方法,即将传统“棒-转盘”电极结构中的棒电极更换为可以旋转的转盘电极,其显著优势是减小了电极磨损所带来的检测误差。对其结构进行物理建模,通过COMSOL多物理场仿真软件对电弧激发的过程进行了仿真,采用控制变量法研究了电极间隙、油膜厚度、外加激励三个主要变量对电弧激发效果的变化规律的影响,得到了影响因素与电弧激发时刻和激发瞬时温度的关系曲线图,并根据仿真结果进行了参数优化。仿真结果显示,“双转盘”电极结构较传统结构的激发效果有了明显改善,激发时间和激发温度都有一定的改善,尤其在大批量检测时电弧激发效果稳定,验证了该方法的先进性和实用性,为转盘电极原子发射光谱油液检测方法的进一步深入研究提供了分析支持。
仪器,测量与计量 双转盘 电弧激发 油液分析 原子发射光谱 COMSOL仿真 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312003
北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室, 北京 100192
该文提出了一种单轴微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺的基本结构, 并揭示了其敏感机理。通过有限元法, 利用COMSOL Multiphysics建立了陀螺的三维模型, 在有无角速度时对陀螺敏感元件的温度场和等温线变化情况进行计算。结果表明, 单轴MEMS热膨胀流陀螺具有陀螺效应, 输入角速度为[-1 080 (°)/s,1 080 (°)/s], 陀螺的结构灵敏度为0.053 9 K/[(°)·s-1], 非线性度为14.13%。
热膨胀流陀螺仪 微机电系统(MEMS) 有限元分析 三维模型 thermal expansion flow gyroscope MEMS COMSOL COMSOL finite element analysis three-dimensional model
光机热仿真分析是预测光学系统光学性能及结构优化的有效手段,本文提出了一种基于有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics,耦合固体传热学、固体力学以及几何光学的多物理场耦合建模方法,实现了离轴四反光学系统的光机热一体化仿真,避免了传统的光机热仿真分析在不同软件间信息传递和转换的过程,提高了仿真的集成性。本文针对离轴四反光学系统构建其多物理场耦合仿真分析模型,分析了光学系统在不同温度条件下的结构变形和光学镜面变形,并通过光线追迹和点列图判断光学性能变化,为后续开展光学系统的优化提供了一种有效手段。
离轴四反光学系统 多物理场 光机热仿真 光学性能 off-axis four-mirror optical system, multi-physics COMSOL
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
针对传统变焦腹腔镜调焦结构所需空间大、调焦精度难以保证等问题,提出了一种以液体透镜为核心元件参与变焦的腹腔镜光学系统,利用液体透镜代替机械变焦结构,实现了变焦功能。推导了液体透镜电压与焦距的关系方程,结合COMSOL软件设计并仿真了满足所需焦距范围的双液体透镜。用ZEMAX软件设计优化了腹腔镜液体透镜变焦光学系统,通过控制电压即可实现焦距5~15 mm范围内同一像面高清晰成像。在焦距15 mm时,全视场点列图均方根(RMS)半径为6.694 μm,在焦距5 mm时,全视场点列图RMS半径为4.596 μm,均小于7.4 μm的像元尺寸。系统调制传递函数(MTF)在68 lp/mm处均大于0.5,4个组态(焦距分别为5、7.2、10.4、15 mm)畸变分别为7.047%、1.961%、0.732%、0.295%,满足腹腔镜对光学系统畸变的要求。
光学设计 变焦系统 液体透镜 腹腔镜 COMSOL ZEMAX 中国激光
2023, 50(21): 2107204
王少业 1,2,3张剑波 1,2,3赵子文 1,2,3,*杜亦凡 1,2,3钟双栖 1,2,3
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海 200444
3 上海大学上海先进通信与数据科学研究院,上海 200444
采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件模拟不同功率、不同扫描速度的CO2激光退火锗芯光纤过程中的温度场分布。通过分析激光退火过程中光纤温度场的分布和变化,得到较为适合的激光退火条件。结合退火后锗芯光纤的拉曼光谱测试,发现对于外径和内径分别为190 μm和28 μm的锗芯光纤而言,在所有退火条件中,2.153 W激光功率、6 mm/s扫描速度能明显改善光纤性能。本仿真研究为优化锗芯光纤特性的实验提供了参考。
光纤光学 锗芯光纤 COMSOL仿真 CO2激光 温度场分布 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1506005