对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究。通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论。以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤进行温度为85 ℃、时间为876 h的加速老化实验,结果表明在常温环境工作5 y后铒镱共掺光纤放大器的输出功率将降低11.24%,放大的自发辐射噪声将增加4.1 dB,根据指数模型预测得到该放大器的使用寿命为7.57 y,这些结果为改善光纤放大器的输出性能和寿命预测提供了理论基础和实验依据。

为了研究深紫外光刻系统中多个熔石英镜片的使用寿命,基于激光束空间整形理论以及无焦变倍原理,设计一套满足实际工况的多镜片辐照加速材料老化系统。采用非球面柱透镜组对竖直方向的光强分布近似为高斯分布的光束进行整形,再通过变倍缩束系统缩小光斑尺寸进而提高能量密度。整形后的系统在竖直方向上的最大光束均匀度为96.8%,缩束率为0.2~0.5,波像差的最大方均根值为0.1778λ,均小于λ/4,能量密度提高4~25倍。该系统可以模拟实际的工况条件,满足多个镜片的辐照加速要求,从而解决目前测试存在的实验周期长且耗费成本高等问题。

高温硫化硅橡胶具有优良的电气性能、 机械性能、 憎水性而广泛应用于特高压输电线路, 但亦会受外界环境的影响而老化, 其抗紫外老化性能受到关注。 课题组模拟户外紫外辐射环境, 设计搭建了可调式紫外辐射加速老化试验箱, 对A、 B两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐射(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 重点对辐射前后的试样进行X射线光电子能谱全谱扫描和窄区谱分析、 确定元素化学位移及相对含量, 分析紫外辐射对高温硫化硅橡胶表面化学态的影响, 进而判断紫外辐射加速高温硫化硅橡胶老化机制。 结果表明: 高温硫化硅橡胶主要元素为O1S, C1S, Si2p, 其中O1S主要以O—Si—O(532.4 eV)的形式存在, 紫外辐射后, 拟合分峰观察到534 eV的—OH的小峰, 积分面积随辐照时间延长而增加; C1S为C—H, C—C(284.8 eV)或C—O(286.3 eV), 随着辐射时间的延长, C—H和C—C结合能峰积分面积减小, C—O结合能峰的积分面积略微增加; Si2p为Si—C(102.39 eV), 紫外辐射后新增SiOx(x=3～4)结合能峰(103.6 eV)且积分面积随辐射时间延长而增加。 分析认为紫外辐射加速老化的机理是紫外线切断硅橡胶中键能较低的部分Si—C, C—C和C—H键, 裂解后的自由基可相互结合发生交联反应形成SiOx(x=3～4); 辐射产生高活性的臭氧氧化自由基生成—COOH。 XPS技术能够探究高温硫化硅橡胶的表面化学态从而促进其老化机理的研究。

高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于特高压输电线路, 其抗紫外老化性能越来越受到人们的关注。 采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐照(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 辐照光波长范围为320～750 nm。 对辐照前后试样进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测试, 分析谱峰的变化与试样(表面)官能团的关系, 辅以扫描电子显微镜(SEM)和憎水性、 体积电阻率的测试来研究HTV硅橡胶的老化机理。 结果表明: 高温硫化硅橡胶FTIR全谱图中1 260 cm-1处Si—CH3反射峰和800 cm-1附近Si—(CH3)2反射峰强度随辐照时间的增加而逐渐减弱, 1 000～1 100 cm-1处的Si—O—Si反射峰强度随辐照时间的增加先减弱后增强; 扫描电镜观察到辐照后的样品表面出现大颗粒和坑洞、 粗糙度变大, 其主要元素O, Si和Al重量百分比略增加; 喷水分级法在表面形成的水珠随着样品辐照时间的延长由均匀分布变得不均匀且出现合并, 憎水性有明确下降; 体积电阻率略微降低。 分析认为: 辐照后紫外线切断了HTV硅橡胶部分Si—C, C—C和C—H键, 对称排列的非极性甲基基团—CH3从硅氧主链上脱落, 减弱了对主链强极性的屏蔽作用, 使Si—O—Si峰强度减弱, 且少量侧链被氧化, 形成C—O和—OH(COOH); 而主链之间因裸露出来的自由基—Si·发生进一步的交联反应, 使得Si—O键相对含量增加, 使Si—O—Si峰强度再增强。 二方面结果均导致高温硫化硅橡胶表面极性增强, 憎水性下降。 水本身具有微弱的电离, 憎水性下降的高温硫化硅橡胶易吸收空气中的水使其表面载流子浓度增加体积电阻率略有下降。 通过红外光谱分析, 紫外线是通过切断高温硫化硅橡胶表面的部分Si—C, C—C, C—H键, 使其生成新的自由基并发生交联和氧化而使其老化的。 红外光谱的应用对于高温硫化硅橡胶复合绝缘子老化研究及其在特高压输电线路上的挂网应用均具有重要意义。

相较于气相色谱-质谱(GC-MS)和高效液相色谱(HPLC), 衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)能实现绘画颜料中蛋白质种类的“不分离即分析”, 从而简化分析步骤和减小文物样品的消耗。 这项研究验证了ATR-FTIR用于颜料中蛋白质种类鉴别的可行性。 以石青和白垩为矿物颜料, 牛奶、 明胶和鸡蛋为蛋白质粘合剂制备了新鲜样品和经紫外光老化的模拟文物样品, 运用二阶导数光谱和主成分分析建立了模式识别模型。 结果表明模拟文物样品中蛋白质的种类能通过新鲜样品建立的模型进行识别。 因此, ATR-FTIR在文化遗产领域中蛋白质种类的微损和快速鉴别具有巨大的潜力。

对AlGaInAs多量子阱1 300 nm FP激光器进行反射式倒装封装，在热沉上靠近激光器出光端面约10~20 μm的区域采用Au反射层，对器件垂直方向出光进行反射。测试结果显示，与常规封装相比，采用这种结构封装芯片垂直发散角从34.5°降低至17°，器件单模光纤的平均耦合功率从1 850 μW提高至2 326 μW，耦合效率从21.1%提高到26.5%。对两种激光器进行光电参数的测量，结果表明：与常规封装器件相比，采用反射式倒装结构器件的饱和电流从135 mA提高至155 mA，饱和输出功率从37 mW提高至42 mW，热阻从194 K/W降低至131 K/W。最后对两种器件在95 ℃环境温度、100 mA电流下进行加速老化实验，老化结果显示：在老化条件下，器件衰退系数从常规封装的4.22×10-5降低至1.06×10-5，寿命从5 283 h提高至21 027 h。

介绍了一种加速老化试验模型对LED模块进行寿命预测。分别采用纳米银焊膏、锡银铜焊料、导电银胶作为芯片粘结材料。控制环境温度和正向电流, 在特定的时间测量光输出。比较了不同粘接材料及环境温度对LED老化过程的影响, 并针对老化过程进行分析推导, 建立老化数学模型, 对其进行寿命预测。试验结果表明, 纳米银焊膏粘接的模块对温度的抗性最好, 纳米银焊膏有潜力在未来固态照明、投影和其他高功率器件领域得到应用。

激光器是理想的电光直接转换器件, 延长半导体激光器的使用寿命, 提高半导体激光器的可靠性, 是大功率半导体激光器的研究热点。文中采用温度应力加速和电流步进应力两种老化方法对808 nm的大功率半导体激光器进行老化试验, 得到寿命分别为1 682 h和1 498 h, 实验结果基本一致, 并在显微镜下观察破坏性老化试验之后的器件, 分析得到失效原因主要来自腔面退化、焊料退化和欧姆接触不良。

为了探索和验证半导体激光器电导数参数与其可靠性的关系，将12 个半导体激光器串联后进行高温加速电老化，直到器件不激射。监测在加速老化过程中半导体激光器电导数参量的变化情况。通过分析老化期间监测的数据，发现电导数曲线在阈值电流处的下沉高度随着老化时间的增加而变小；结特征参量与电导数曲线（在大于阈值电流的工作状态下）在电流I=0 处的截距值随着老化过程逐渐变大。并且结特征参量的变化量在早期处于比较小的平稳状态，然后快速增加到一定值并保持一段时间，之后快速下降并最终稳定在比较小的值，这说明器件退化分为3 个阶段：在早期退化较慢，之后退化很快并保持一定的退化速度，最后又到了慢速退化期。从实验结果得知电导数参量与器件的寿命和老化程度有密切关系，并且电导数参数可表征半导体激光器的退化状态。

掺铒光纤放大自发辐射(ASE)光源广泛应用于光纤传感、通信、精密测量等领域。光噪声在长期连续工作时对后续检测或测量系统的精度和灵敏度影响很大，但至今少见报道。在此，利用加速老化系统对ASE 光源的光路部分进行343 K 加速老化实验，并在过程中原位监视了其光噪声的演化情况。根据阿伦尼斯模型，换算得到ASE 光源在室温环境下连续工作期间，前3200 h 内其光信号噪声下降了约0.0743 μV2Hz-1 ，而后的44416 h 中缓慢增加了0.0338 μV2Hz-1 。在老化前后，光噪声均为光功率的二次函数，通过拟合可得到，其二次项系数α (或称为光相对强度噪声系数)和一次项系数β (或称为光散粒噪声系数)。经过老化实验，两系数α 和β 都相应的增加，其中α 增加了0.010 μV2μW-2Hz-1 ，β 增加了0.054 μV2μW-1Hz-1 。同时经过老化实验，ASE光源光谱发生形变且不可恢复。