1 太原理工大学电气与动力工程学院，山西 太原 030024
2 循环流化床高效清洁与利用山西省重点实验室，山西 太原 030024
基于动态光散射原理，搭建了一套可测量热扩散系数的动态光散射系统，该实验系统包括散射光路、耐压实验本体、温度控制以及数据采集系统。同时，将光纤引入到动态光散射系统中作为探头，将实验系统缩小至类似系统的1/3。利用参考流体正己烷对实验系统进行了检验，将实验获得的热扩散系数拟合为多项式方程，拟合最大偏差为0.19%，平均绝对偏差为0.11%，与文献值最大偏差为3%。经过不确定度分析可知，所研制的动态光散射实验系统测量液体热扩散系数的不确定度为2%（k=2）。
散射 动态光散射 热扩散系数 正己烷 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0129002
1 黑龙江工程学院, 哈尔滨 150001
2 黑龙江省光电子及激光技术重点实验室, 哈尔滨 150001
3 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
本文以CVD ZnSe晶片为基质材料, 以FeSe粉末为掺杂物, 采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为22 mm×4 mm的Fe2+∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×1018 cm-3, 并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe2+∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示, 在3.0 μm处出现了明显的Fe2+吸收峰, 峰值透过率为5.5%。以波长为2.93 μm的Cr, Er∶YAG激光器为泵浦源, 温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的 Fe2+∶ZnSe晶体, 获得了能量为191 mJ、中心波长4.04 μm的中红外激光输出, 光光转换效率13.84%。
Fe2+∶ZnSe激光晶体 热扩散掺杂 中红外 透过率 激光输出 光光转换效率 Fe2+∶ZnSe laser crystal thermal diffusion doping mid-infrared transmittance laser output light-to-light conversion efficiency
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
提出了一种基于表面热透镜技术的热扩散率测量方法。利用脉冲泵浦光加热样品，热量沿膜层传导形成温度场，温升区域热膨胀形成表面热包，其对探测光具有调制作用，产生了表面热透镜效应。通过分析热透镜信号的相位与探测距离的关系，求出了对应泵浦光频率下的热扩散长度，进而求得热扩散率。测量了膜厚为150 nm的铬膜样品的热扩散率，所提方法的测量结果为36.9 mm2/s，与光热偏转法的测量误差仅为0.8%，与其他不同类型样品在两种方法下的测量结果也较为接近，证明了所提方法的有效性。相对于光热偏转法，所提方法具有装置简单、受环境影响较小等优点。
薄膜 激光光学 激光损伤 表面热透镜 热扩散率 中国激光
2022, 49(21): 2103101
1 中国科学院 上海高等研究院，上海 201210
2 中国科学院大学，北京 100049
基于菲克定律和电子漂移理论，对离子注入和扩散全过程进行深入理论分析，提出了一种高效的任意梯度掺杂分布的实现方法。以实现线性梯度掺杂分布为例，分别通过模拟计算和工艺仿真验证了该方法的正确性。通过该方法，可以精确地计算离子注入能量、注入剂量，以及热扩散需要的时间等工艺参数，进而针对目标掺杂分布设计特定结构的光刻掩模板，只通过一次离子注入，即可制造具有任意分布函数的掺杂区域。应用该方法设计了一个具有梯度掺杂Photodiode的5 μm CMOS图像传感器像素，与同条件下传统工艺的像素进行对照实验，实验结果表明具有梯度掺杂Photodiode的像素内部光生电荷传输效率提升显著；在控制除了Photodiode以外的其他区域结构完全一致的条件下，应用本文方法设计的像素与传统工艺设计的像素相比，在复位阶段对相同栅极电压的响应速度提升了10倍，满阱容量与动态范围提升了20%。
梯度掺杂 像素 CMOS图像传感器 热扩散 电荷转移 Gradient doping Pixel CMOS image sensor Thermal diffusion Charge transfer
1 北京华北莱茵光电技术有限公司，北京 100015
2 华北光电技术研究所，北京 100015
锑化铟作为制备中波红外探测器的主流材料，其光敏芯片规模经历了单元、多元、线列到面阵的发展过程。出于市场应用需求，光敏芯片的制备技术不断更新换代。按发展先后顺序介绍了锑化铟光敏芯片PN结的制备技术，具体包括热扩散技术、离子注入技术和外延技术。目前国内成熟的光敏芯片成结技术为热扩散技术。国外主流厂家在热扩散、离子注入、外延工艺方面都已研发成熟，并投入实际生产。着重介绍了三种工艺技术的优缺点及配套的焦平面阵列结构设计。
锑化铟 热扩散 离子注入 外延 InSb thermal diffusion ion implantation epitaxy
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
基于热扩散机理, 研究了光纤陀螺中光纤环热扩散非互易相位误差导致的零漂的延迟响应特性, 发现了延迟时间的温度相关性, 获得了光纤环零漂延迟补偿模型。搭建高精度光纤陀螺实验系统, 在不同温度段, 采用近似“方波”形台阶温变激励, 验证了热致非互易性相位误差的延迟特性, 并获得了实验光纤环的模型参数。进行了光纤陀螺全温变零偏测试, 实验结果表明采用改进模型可获得更好的零偏补偿效果, 验证了新建模型的正确性和有效性。
光通信 热扩散 Shupe效应 温度补偿 响应时间
1 上海理工大学机械工程学院， 上海 200093
2 多伦多大学扩散波先进技术中心， 多伦多 M5S 3G8， 加拿大
提出了一种四层光热辐射模型，研究了编织碳纤维增强聚合物(CFRP)的热扩散系数。以玻璃碳为参考材料，标定了实验装置，完成了孔隙率为0~18.32%的14组CFRP样品的检测实验。构造了最小二乘目标函数，利用遗传算法求出了最优解，得到了不同孔隙率下的CFRP热扩散系数。结果表明，14组CFRP样品的热扩散系数为3.01×10-7~8.73×10-7 m2/s，且随着孔隙率的增大整体呈下降趋势；当孔隙率小于1.00%时，热扩散系数的下降趋势较明显，但当孔隙率大于1.00%后，下降速度趋于平缓。
材料 热扩散系数 光热辐射 编织碳纤维增强聚合物 孔隙率 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111601
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海200092
针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248 nm、矩形脉冲宽度14 ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度＜8 nm,金膜厚度＜12 nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730 nm,金膜厚度12~1 050 nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度＞730 nm,金膜厚度＞1 050 nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。
光学吸收长度 热扩散长度 金属薄膜 温度场分布 激光损伤阈值 optical absorption length thermal diffusion length metal films temperature field distribution laser damage threshold
1 上海理工大学机械工程学院, 上海 200093
2 多伦多大学扩散波先进技术中心, 多伦多 M5S 3G8
利用红外热成像技术，研究了编织碳纤维复合材料（CFRP）在纤维束编织平面内的热传导规律。根据激光调制加热原理，推导了纤维束平面内热扩散系数和相位梯度的关系，并搭建了相应的实验平台，对CFRP试件进行实验。以玻璃碳作为参考材料，将测得的红外辐射相位信号进行规格化处理，并利用高斯滤波去除红外热图像的噪声。实验结果表明，碳纤维复合材料的各向异性使其在纤维束编织平面各方向上的热传导呈现一定的规律，且与传导方向相关。当激光调制频率小于2 Hz时，可以测量得到CFRP试件在平面不同方向上的热扩散系数。
材料 红外热成像 编织碳纤维复合材料 热传导 各向异性 热扩散系数
