Prof . Qiu Min's gruppe ved Westlake University har med succes udviklet en ny type homogen siliciumcarbid (4H-SIC) Superlens, der giver en splinterny løsning til problemet med termisk drift i højeffektlaserforarbejdning .
Sammenlignet med konventionelle kommercielle objektive linser er Superlens ikke kun i stand til at opnå diffraktionsbegrænset fokusering, men opretholder også stabil ydeevne under langvarig laserbestråling, som næsten ikke er påvirket af termisk absorption .}
4H-SIC-materialer har tiltrukket opmærksomheden for deres fremragende egenskaber: høj transmission og brydningsindeks for optik, høj termisk ledningsevne for termisk styring og høj hårdhed og ridsemodstand for mekaniske egenskaber . Disse egenskaber gør det til et ideelt materiale til højtydende optik og høje effektanordninger .
De nye Superlens anvender den høje termiske ledningsevne og lave tabskarakteristika for 4H-SIC-materiale til effektivt at undertrykke den termiske drivvirkning og slippe af med afhængigheden af komplekse kølesystemer .
This technological breakthrough not only provides key support for high-power laser systems, but also brings new possibilities for precision instrument manufacturing, polar exploration, aerospace and many other fields. Especially in the field of extremely high requirements for processing accuracy and surface quality, 4H-SiC superlens can play an important role in providing more efficient and compact solutions for high-power laser applications.
1. En ny idé til at løse det termiske drivproblem med lasere med høj effekt
I et tilfældigt møde bemærkede forskerne et torneret problem, der ofte findes i virksomhedsproduktionen: Under den kontinuerlige drift af højeffektlaserpræcisionsskæring på produktionslinjen vil objektivlinsen deformere sine interne optiske elementer på grund af den kontinuerlige termiske akkumulering, hvilket i sidste ende vil påvirke behandlingsformen og konsistensen .
Dette skyldes, at når laserlys med høj intensitet rammer en optisk enhed, absorberer materialet noget af lysenergien og omdanner det til varme . for materialer såsom siliciumoxid (kvarts) og calciumfluorid (fluorit), som har lav termisk ledningsevne, er det vanskeligt at udføre varmen effektivt og i en tidlig måde, hvilket resulterer i lokaliseret overopbevaring af den på den måde, der har den pålagde af den pålagte overvarmning af den påtørste den pålagte den pålagte den påtørende den på den locale overvarmning af den påtørende den på den lokale overvarmning af den på den ene modede på den påtørende den på den lokale den påtørende den påtørende den påtørende den påtørende den på den lokale overvarmning af den på den ene modede den på den lokale den den lokale overvarmning af den påtørende den på den lokale overvarmning af den påtørende den den likvide, der har enhed .
For at løse dette problem forberedte gruppen et gennemsigtigt 4H-SIC-materiale som en speciel superlens . Enheden er tyndere end en mønt på en dollars, og dens overflade er dækket med hundreder af millioner nanopillars med en diameter på ca.
"Takket være det høje brydningsindeks for siliciumcarbidmaterialet, var vi i stand til at manipulere bølgefrontfasen af lys ved at indstille størrelsen på nanopillars for at opnå en fokuseringsfunktion, der kan sammenlignes med den af kommercielle linser . kombineret med den fremragende termiske ledningsevne af selve materialet, bedre varmedissipationsydelse realiseres i en tyndere og lettere enhed {{{}}}" chen bot, der er realiseret i en tynder beskriver .
Figur 丨 4H-Sic Superlens (til venstre) og SEM-karakterisering (højre) (Kilde: Botao Chen)
2. Eksperimentel verifikation af fremragende termisk stabilitet
I eksperimentet simulerede forskerne et industrielt scenarie i det virkelige liv ved at bestråle et mitutoyo-mikroskopmållinse (branchens førende kommercielle objektivlinse) og 4H-Sic Superlens udviklet af teamet med en højdrevet laser på samme tid .
Resultaterne viser, at under 15- watt, 1030- nm pulseret laserbestråling i en time, steg temperaturen på 4H-SIC-superlensen kun med 3 . 2-grader, og fokusskiftet var kun en tiendedel af en konventionel objektiv objektiv.
Den traditionelle varmeafledningsmetode er normalt at installere en vandrende ring uden for den objektive linse for at fjerne den varme, der er absorberet af enheden ved at cirkulere kølevandet . Ikke kun er denne løsningskompleks og kostbar, det øger også energiforbrug og kulstofemissioner og kræver yderligere systemer for at holde vandkøling-enheden markant .}}}}}
I modsætning hertil eliminerer holdets foreslåede løsning behovet for eventuelle varmeafledningskomponenter ved blot
Figur 丨 Skematisk diagram over den termiske drivvirkning af 4H-Sic Superlens (til venstre) og den konventionelle objektive linse (til højre)
3. Overvinde behandlingsudfordringer og bevæger sig mod masseproduktion
Som et højhårdhedsmateriale med en MOHS-hårdhed kun til diamant, er siliciumcarbid ekstremt vanskeligt at behandle . Selvom det er blevet brugt i højeffektchips til nye energikøretøjer, er to-dimensionelle transistorer signifikant forskellige fra mikro- og nano-optiske enheder med tre-dimensionelle strukturer {.}}}}}}}}
"Vi er nødt til at behandle hundreder af millioner af små søjler med hundrede nanometer-størrelse i et område på størrelse med en halv mønt . ikke kun skal disse nanopillarer være tynde og dybt med en konsekvent form, men justeringen af justeringen er påkrævet at være ekstremt høj, hvilket tilføjer vanskeligheden ved at forarbejdes ." Chen Botao sagde {{{{}}}}} til vanskeligheden
Foto 丨 Qiu Min's Group Photo
Det er værd at nævne, at teamet vedtog en mikro-nano-behandlingsproces, der er kompatibel med masseproduktion . Qiu Min's gruppes mere end 20 års teknisk akkumulering inden for mikro-nano-optoelektronik har lagt et solidt fundament for denne forskning .
I processen med at undersøge behandlingsprocessen overvejede forskerne fuldt ud anvendelsen af videnskabelige forskningsresultater og markedets efterspørgsel, så enhedens amplitude skal være stor nok til at realisere den komplette udskiftning af traditionelle objektive linser . baseret på den tidligere akkumulering af teknologi, har de forbedret denne behandlingsproces og frigivet produkter til augmented reality -glas .}}}
I øjeblikket har forskerne produceret en række siliciumcarbid -superlenser til forskellige behov, og har udviklet et detaljeret program dedikeret til retningen for lave omkostninger og højt udbytte . Ifølge rapporten er denne unikke proces blevet anvendt til flere samarbejdsvirksomhed
