武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
使用计算流体动力学、传热学、固体弹性力学和光学的多物理场耦合集成仿真分析技术完成了红外热像仪中光机的热特性与热设计研究。采用有限单元法(Finite Element Method, FEM) 和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)得到了光机内部的温度场、应力变形分布及光学件面形。基于最小二乘法成功移除了光学元件的刚体位移, 将刚体位移和移除刚体位移的标准Zernike系数作为设计输入条件导入光学系统中。对比在常温、自然散热和强对流不同条件下的弥散斑和传函曲线, 实现了红外热像仪光机热集成及耦合仿真分析, 该光机热集成仿真分析研究技术对光学系统结构设计和研究具有借鉴意义。
集成仿真 计算流体动力学 光机 热集成 有限单元法 integrated simulation computational fluid dynamics optical machine thermal integration finite element method
南京邮电大学 电子与光学工程学院微电子学院, 江苏 南京 210046
生物传感器在近几年发展迅速, 在医疗应用以及环境检测等发挥了重要的作用, 尤其是基于SOI(silicon-on-insulator)平台的光波导的生物传感器, 由于其成本低, 尺寸小等优点, 成为近几年的研究热点。故在单狭缝波导的基础上, 提出了一种新型双狭缝波导生物传感器, 通过研究生物传感器的原理, 并且利用有限单元法算法, 优化了该结构的参数。优化后的传感器相比于单狭缝生物传感器, 限制因子提高到52.96%, 灵敏度为1.10/RIU。
生物传感器 有限单元法 狭缝波导 灵敏度 biosensor finite element method slot waveguide sensitivity
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 西安 710119
2 西安炬光科技有限公司， 西安 710119
以硬焊料传导制冷，30%填充因子半导体激光器阵列为例，建立了三维有限元模型，对阵列内部各发光单元之间的热串扰行为进行了分析研究。结果表明，当其连续波工作时间大于1.2 ms后，阵列内发光单元之间出现热串扰现象；当次热沉由CuW合金改为铜金刚石复合材料时，阵列内发光单元自热阻和相邻发光单元的串扰热阻降低，有效地降低了各发光单元之间的热串扰行为。保持阵列宽度、发光单元数目及发光单元周期不变，发现随阵列填充因子的增加，器件热阻以指数衰减趋势逐渐降低，而发光单元间的热串扰特性对此变化并不敏感；保持阵列单个发光单元输出功率，发光单元尺寸及阵列宽度不变，增加发光单元个数后，阵列内各发光单元之间热串扰加剧，填充因子越高阵列升温速率越快；但在最初约70 μs内，包含不同数目发光单元的阵列最高温度差异仅约0.5 ℃，有利于多发光单元高填充因子器件高功率输出。
激光器 热串扰 有限单元法 半导体激光器阵列 热阻 laser thermal crosstalk finite element method diode laser array thermal resistance
1 空军工程大学航空航天工程学院，西安710038
2 空军装备研究院，北京100076
针对实际作战中飞机主要受敌方导弹破片的威胁，提出了一种导弹破片威胁下的飞机易损性分析模型。推导了破片的三维运动轨迹方程，采用有限单元法对飞机致命性部件进行描述，结合破片对致命性部件的杀伤准则和飞机杀伤树图建立了飞机易损性分析模型，最后进行了某飞机模型易损性分析仿真试验。仿真结果表明，所建立的模型计算结果符合实际，为导弹破片威胁下的飞机易损性分析提供了方法。
飞机 易损性 导弹破片 运动轨迹 有限单元法 aircraft vulnerability missile fragment trajectory finite element method
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
采用有限元方法对高精度物镜波纹管致动器的几何非线性变形进行了分析，并引入线性度对波纹管致动器的性能进行了评估.通过有限元方法分析了常见的U型、S型、C型、方型及三角型波纹管的几何非线性变形，并结合最小二乘法，得到了上述各种波纹管致动器的行程及线性度.计算结果表明：在设计大行程波纹管致动器时，S型波纹管的线性度最好，为0.161%；而在设计小行程波纹管致动器时，三角形波纹管的线性度最好，为0.135%.
高精度物镜 气动 波纹管 几何非线性 有限单元法 Fine objective lens Pneumatic Bellows Geometrical nonlinearity Finite element method
为了分析薄片激光器的热效应, 建立了LD端面泵浦薄片激光介质的数值模型。考虑到介质与空气的对流换热和介质材料的热力学参数随温度的变化, 根据经典热传导方程和热弹性方程, 运用有限单元法, 得出了介质内温度和热应力的时空分布, 分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明: 热破坏主要为前表面光斑外侧的拉伸破裂; 温度和应力的上升时间和热恢复时间随泵浦功率的变化不是很明显, 随换热系数的增大而减小, 但随着换热系数的增加, 温度和应力的变化越来越小。
薄片激光器 激光二极管(LD)端面泵浦 有限单元法 温度分布 热应力分布 thin disk laser laser-diode (LD) end-pumping finite element method temperature distribution thermal stress distribution
建立了激光二极管阵列(LDA) 环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型, LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA 的输出光束特性, 考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性, 根据经典热传导方程, 运用有限单元法, 得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律, 讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律, 所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。
复合薄片激光器 激光二极管阵列侧面泵浦 泵浦光分布 瞬态温度分布 有限单元法 composite thin disk laser laser-diode arrays (LDA) side-pumping pump distribution transient temperature distribution finite element method
建立了激光二极管阵列端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参量随温度的变化，根据经典热传导方程和热弹性方程，运用有限单元法，得出了棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的分布.分析了热透镜焦距随抽运功率的变化规律，所得的规律与有关文献相符合.理论分析结果可为激光二极管阵列抽运固体激光器的结构优化设计和实验提供理论参考.
棒状激光器 激光二极管阵列端面抽运 温度分布 热应力分布 应变分布 有限单元法 热透镜效应 Rod laser Laser-diode array end-pumping Temperature distribution Thermal stress distribution Strain distribution Finite element method Thermal lens effect
1 天津大学化工学院, 天津 300072
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 西安炬光光电科技有限公司, 陕西 西安 710119
国家自然科学基金(50528506)、中国科学院计划和瞬态光学与光子技术国家重点实验室开放基金资助课题。
激光器 半导体激光器 热行为 有限单元法 激光器巴条 可靠性
1 激光技术国家重点实验室, 武汉 430074
2 华中理工大学光电子工程系, 武汉 430074
本文利用有限单元法,在宽温环境(-20 ℃～+88 ℃)下,对层状膜结构磁光盘的瞬态温度场进行了模拟,着重分析了环境温度对磁光盘温度场的影响,研究了不同环境温度下磁光盘记录灵敏度同记录光脉冲宽度的关系,为进一步研究宽温环境下磁光盘的热磁记录和磁光读出特性提供了分析手段。
有限单元法 热磁记录 磁光存储 瞬态温度场
