光学 精密工程
2023, 31(11): 1593
移动加热器法(THM)生长碲锌镉晶体时,界面稳定性对晶体生长的质量有很大影响。本文基于多物理场有限元仿真软件Comsol建立了THM生长碲锌镉晶体的数值模拟模型,讨论了Te边界层与组分过冷区之间的关系,对不同生长阶段的物理场、Te边界层与组分过冷区进行仿真研究,最后讨论了微重力对物理场分布的影响,并对比了微重力与正常重力下的生长界面形貌。模拟结果表明,Te边界层与组分过冷区的分布趋势是一致的,在不同生长阶段,流场中次生涡旋的位置会发生移动,从而导致生长界面的形貌随着生长的进行发生变化,同时微重力条件下形成的生长界面形貌最有利于单晶生长。因此,在晶体生长的中前期,对次生涡旋位置的控制和对组分过冷的削弱,是THM生长高质量晶体的有效方案。
碲锌镉 移动加热器法 数值模拟 Te边界层 组分过冷 微重力 CdZnTe traveling heater method(THM) Comsol Comsol numerical simulation Te boundary layer constitutional supercooling microgravity
1 武汉大学物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
2 中国科学院空间应用工程与技术中心太空制造技术重点实验室，北京 100094
3 中国科学院大学计算机科学与技术学院，北京 100049
氟化物ZBLAN玻璃光纤在**、通信、医疗等领域具有重要应用价值，超低损耗光纤的制备已成为大国竞争的战略性关键技术。ZBLAN玻璃熔融冷却过程易出现析晶，其内部多发的结晶区域会引起光传输的散射，导致玻璃光纤实际损耗比理论损耗高2~3个数量级，极大限制了其应用。因此，超低损耗ZBLAN玻璃光纤的制备成为光纤领域的一大挑战。空间微重力环境可抑制重力引起的熔体组分对流，大幅降低熔体成核和微晶生长的速度以及ZBLAN玻璃材料凝固过程中的析晶程度，进而降低材料的光学损耗。美国航空航天局在国际空间站已经开展多轮光纤制造技术的相关试验，随着我国空间站的建成运行，在微重力环境中制造氟化物光纤已经具备了初步可行性。概述了国内外太空制造光纤的主要研究进展，着重介绍了微重力环境下超低损耗氟化物光纤的制备原理，探讨了特种光纤“太空制造-地面应用”的可行性。该研究为我国太空制造水平的提升、航天科技应用领域的拓展提供了技术参考。
材料 氟化物光纤 超低损耗 析晶 微重力环境 太空制造 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516018
1 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
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
高精度空间冷原子钟在基础物理研究、导航定位系统,以及深空探测领域均有重要应用。为此,设计了一种结合激光冷却与原子原位探测方案的新型微波腔,在该微波腔中心可以俘获与冷却铷原子,然后在微重力环境下对冷原子样品开展原子钟操作。该方案相对于已有的空间冷原子钟方案,在减少冷原子损耗、死时间占比和分布腔相移上具有较大的优势。分析了微波腔的详细结构与光学设计,确定了微波腔需要的基本参数,并对微波腔内部的微波磁场进行了仿真分析。在已完成研制的微波腔内开展特性测试,测试与仿真结果说明,所设计微波腔的性能可以满足不确定度优于1×10 -16的高精度空间冷原子钟的要求。
测量 冷原子钟 激光冷却 微波腔 微重力 原位探测
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
在微重力条件下生长了ZnTe：Cu晶体, 对其进行了光学和能谱分析, 在晶锭尾部最大结晶区对其进行了组分分析.对于尾部的轴向分量, 在空间样品中Cu的成分均匀性优于地面样品, 并且Te/Zn比的样品高于空间样品.尾部空间样品中Cu的径向成分均匀性优于地面样品, 且Te偏析更为严重.
微重力 ZnTe：Cu晶体 能谱分析 microgravity ZnTe:Cu crystal energy dispersive spectrum analysis
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室， 上海 200083
利用Te熔剂方法，在天宫二号飞船上成功地生长了ZnTe：Cu晶体.微重力下生长的晶体质量优于地面生长的晶体，相同实验条件下，天宫二号上生长的晶体尺寸明显大于地面尺寸.通过阴极荧光光谱(CL)无损检测技术测试了5 kV、15 kV、25 kV高压下的ZnTe:Cu 晶体的阴极荧光图谱及光谱.
微重力 ZnTe:Cu晶体 阴极荧光光谱(CL) microgravity ZnTe：Cu crystal cathodoluminescence
1 装备学院研究生管理大队, 北京 101416
2 装备学院航天指挥系, 北京 101416
烟幕干扰是针对红外探测器的一种无源干扰手段, 在战场环境中, 可以在目标与探测器之间释放烟幕形成屏障, 降低探测器对目标的能见度, 达到对目标的有效遮蔽。首先研究了在微重力高真空环境中, 采用气固两相流喷射方法形成烟幕云的机理, 并进行了数值模拟。然后, 基于烟幕的扩散规律、材料特性及其吸收、散射和反射能力, 建立了空间烟幕对红外信号的衰减性能模型。最后, 基于实例仿真验证了利用空间烟幕衰减目标红外信号的可行性。
空间烟幕 扩散机理 微重力 近真空 红外探测 衰减性能 数值模拟 space smoke-screen diffusion mechanism microgravity near-vacuum infrared detecting attenuate performance numerical simulation
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下，其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变，对系统的后截距产生较大的影响，最终导致相机离焦，成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统，得到其后截距公式；通过齐次坐标变换，得到反射镜面刚体位移公式；通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径，计算出相机在空间环境下的离焦量为004 mm，为调焦机构的设计提供了理论依据。
空间相机 离轴三反相机 空间微重力 离焦 space camera off-axis three-mirror anastigmat camera space microgravity defocus
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室， 上海 200083
微重力条件下汽相生长CdZnTe晶体可以克服浮力对流，实现“无接触”生长，获得厚度均匀、结构完整、纯度高的材料。本文综述了国内外空间汽相生长CdZnTe晶体的研究进展。
微重力 汽相生长 microgravity CdZnTe CdZnTe vapor growth
1 中国科学院动物研究所膜工程与生物膜国家重点实验室 细胞生物学系, 北京 100101
2 广西科学院 生物物理实验室, 广西 南宁530003
采用一个波长为785 nm的半导体激光束来囚禁人的肝癌细胞并激发人的肝癌细胞的拉曼光谱, 分析模拟微重力三维培养条件下的人肝癌细胞的DNA、蛋白和脂类的生物学物质的变化和表达情况。结果显示, 微重力三维培养条件下和平面培养下的人的肝癌细胞的拉曼光谱在527, 1 367, 1 438, 1 659 cm-1处有明显的差异。
人肝癌细胞 微重力 三维培养 拉曼光谱 liver cancer cells simulated microgravity three dimensional culture Raman spectroscopy
