Prof . A Qiu Min csoportja a Westlake Egyetemen sikeresen kifejlesztett egy új típusú homogén szilícium-karbid (4H-SIC) szuperleneket, amelyek vadonatúj megoldást kínálnak a hőkezelés problémájára a nagy teljesítményű lézerfeldolgozás során a . -ben
A hagyományos kereskedelmi objektív lencsékkel összehasonlítva a Superlens nemcsak képes diffrakciós korlátozott fókuszálást elérni, hanem stabil teljesítményt tart fenn a hosszabb nagy teljesítményű lézer besugárzás mellett, amelyet a termikus abszorpció gyakorlatilag nem befolyásol a ..
A 4H-SIC anyagok felhívták a figyelmet kiváló tulajdonságaikra: nagy transzmittancia és törésmutató az optikához, a nagy hővezetőképesség a termálkezeléshez, valamint a nagy teljesítményű optika és a nagy teljesítményű eszközökhöz való nagy teljesítményű optika és a nagy teljesítményű eszközökhöz való ideális anyaggá és a nagy teljesítményű eszközökhöz való nagy keménység- és karcolási ellenállás.
Az új Superlens a 4H-SIC anyag nagy hővezetőképességét és alacsony veszteség-tulajdonságait használja a termikus sodródási hatás hatékony elnyomására és a komplex hűtőrendszerekre való támaszkodás megszabadulására .
Ez a technológiai áttörés nemcsak kulcsfontosságú támogatást nyújt a nagy teljesítményű lézerrendszerekhez, hanem új lehetőségeket is kínál a precíziós műszergyártáshoz, a poláris felfedezéshez, az űrrepüléshez és sok más mezõhöz ., különösen a feldolgozási pontosság és a felületi minőség rendkívül magas követelményeinek kidolgozására, a 4H-SIC SuperLens-ben, a 4H-SIC SuperLens-ben, az 5}}}}}}}}}}}}}} -es szuperLENS-t játszhat.
1. Új ötlet a nagy teljesítményű lézerek termikus sodródási problémájának megoldására
Egy véletlenszerű találkozás során a kutatók egy goros problémát észleltek, amelyet általában a vállalati termelésben találtak: A gyártósoron a nagy teljesítményű lézer precíziós vágás folyamatos működése során a objektív lencse deformálja belső optikai elemeit a folyamatos hőtalkalmazás miatt, amely végül befolyásolja a feldolgozási alakot és a következetességet.
Ennek oka az, hogy ha a nagy intenzitású lézerfény optikai eszközt sztrájkol, az anyag elnyeli a fényenergia egy részét, és olyan anyagokká alakítja, mint például a szilícium-oxid (kvarc) és a kalcium-fluorid (fluorit), amelyek alacsony hővezetőképességgel rendelkeznek, nehéz a képalkotivitásban {{} {}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}} {}}}, amelynek eredményeként {}}}}}}}}}}}}}} {}.
Ennek a problémának a megoldására a csoport átlátszó 4H-SIC anyagot készített speciális szuperlenekként . Az eszköz vékonyabb, mint az egy dolláros érme, és felületét több százmillió nanopillár borítja, amelynek átmérője körülbelül 200-400 nanométerekkel és 1 micron {6} átmérőjével}
"A szilícium -karbid anyag nagy törésmutatójának köszönhetően képesek voltunk manipulálni a fény hullámfront -fázisát a nanopillarok méretének hangolásával, hogy elérjük a fókuszáló funkciót, amely összehasonlítható a kereskedelmi lencsékkel, a . kombinálva az anyag kiváló hőkezelhetőségével. leírja a .
丨 4H-SIC Superlens (bal) és SEM jellemzése (jobbra) (Forrás: Botao Chen)
2. A kiváló hőstabilitás kísérleti ellenőrzése
A kísérletben a kutatók szimuláltak egy valós ipari forgatókönyvet egy mitutoyo mikroszkópos objektív lencséjének (az ipar vezető kereskedelmi célú lencséje) és a 4H-Sic Superlens besugárzásával, amelyet a csapat fejlesztett ki egy nagy teljesítményű lézerrel, ugyanabban az időben .}
Az eredmények azt mutatják, hogy a 15- watt alatt 1030- nm impulzusos lézer besugárzás egy órán át, a 4H-SIC szuperlenek hőmérséklete csak 3 . 2 fokral nőtt, és a fókuszváltozás csak egytized volt a hagyományos objektív lencséjé.
A hagyományos hőeloszlású módszer általában egy vízhűtő gyűrű beépítése az objektív lencsén kívül, hogy eltávolítsa az eszköz által felszívott hőt a hűtővíz keringésével . Nemcsak ez a megoldás komplex és költséges, hanem jelentősen növeli az energiafogyasztást és a szén-dioxid-kibocsátást is
Ezzel szemben a csapat által javasolt megoldás kiküszöböli a hőeloszlású alkatrészek szükségességét azáltal, hogy egyszerűen a tükörkeretre rögzíti a szuperleneket, és rendkívül hatékony szilárdtest-hőátadást használ fel a hő gyors exportálására . Ez nem csak a folyamatos és stabil működést lehetővé teszi, hanem nagymértékben egyszerűsíti a felhasználási és karbantartási követelményeket.}}}}}}} is.
丨 ábra: A 4H-SIC Superlens (balra) és a hagyományos objektív lencsének (jobbra) termikus sodródási hatásának vázlatos diagramja
3. A feldolgozási kihívások leküzdése és a tömegtermelés felé történő mozgás
Mint egy nagy keménységű anyag, amelynek mohs keménységgel csak a gyémánt, a szilícium-karbidot rendkívül nehéz feldolgozni ., bár nagy teljesítményű chipsben használták új energia járművekhez, a kétdimenziós tranzisztorok szignifikánsan különböznek a mikro- és nano-optikai eszközöktől, háromdimenziós struktúrákkal, .}}
"Több százmillió kicsi, nanométer méretű oszlopot kell feldolgoznunk egy fél érme méretű . méretű területen, nemcsak ezeknek a nanopillároknak vékonynak és mélynek kell lennie, hanem az igazítási pontosságnak rendkívül magasnak kell lennie, és hozzáadja a feldolgozás nehézségét .}" Chen Botao Say .}}}}}}}}}}}}}}
Fotó 丨 Qiu Min csoport fotó
Érdemes megemlíteni, hogy a csapat egy mikro-nano-feldolgozási folyamatot fogadott el, amely kompatibilis a tömegtermeléssel . Qiu Min csoport több mint 20 éves műszaki felhalmozódása a mikro-nano optoelektronika területén.
A feldolgozási folyamat feltárása során a kutatók teljes mértékben megfontolták a tudományos kutatási eredmények és a piaci kereslet alkalmazását, tehát az eszköz amplitúdójának elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy megvalósítsák a hagyományos objektív objektívek teljes cseréjét . A technológia korábbi felhalmozódása alapján javították ezt a feldolgozási folyamatot, és felszabadították az Augmented valóság szemüvegeire szolgáló termékeket.}}}}}}}}}}}}}}})
Jelenleg a kutatók különféle szükségletekhez különféle szilícium -karbid -szuperlenceket készítettek, és kidolgoztak egy részletes programot, amely az alacsony költségek és a magas hozam . irányára irányult.
