Prof . Skupina Qiu Min na Westlake University úspešne vyvinula nový typ homogénnych kremíkových karbidov (4H-siC), ktoré poskytuje úplne nové riešenie problému tepelného driftu vo vysoko výkonnom laserovom spracovaní .
V porovnaní s konvenčnými komerčnými objektívnymi šošovkami nie je SuperLens nielen schopný dosiahnuť difrakčné obmedzené zaostrenie, ale tiež udržiava stabilný výkon pri predĺženom vysoko výkonnom laserovom ožarovaní, ktoré nie je ovplyvnené tepelnou absorpciou .
Materiály 4H-SIC pritiahli pozornosť pre svoje vynikajúce vlastnosti: Vysoká priepustnosť a index lomu pre optiku, vysoká tepelná vodivosť pre tepelné riadenie a vysoká tvrdosť a odolnosť proti škrabancom pre mechanické vlastnosti {. Z týchto vlastností z neho robí ideálny materiál pre vysoko výkonné optiky a vysoké výkonové zariadenia.
Nové SuperLens využívajú vysokú tepelnú vodivosť a charakteristiky nízkej straty materiálu 4H-siC na efektívne potlačenie efektu tepelného driftu a zbavenie sa spoliehania sa na komplexné chladiace systémy .
Tento technologický prielom poskytuje nielen kľúčovú podporu pre vysoko výkonné laserové systémy, ale tiež prináša nové možnosti pre výrobu presných prístrojov, polárny prieskum, letectvo a mnoho ďalších polí ., najmä v oblasti extrémne vysokých požiadaviek na presnosť spracovania a kvalitu spracovania 5H-SIC:
1. Nový nápad na vyriešenie problému s tepelným driftom vysoko výkonných laserov
Pri náhodnom stretnutí vedci si všimli trnitý problém, ktorý sa bežne vyskytuje pri výrobe podniku: Počas nepretržitej prevádzky vysoko výkonného laserového precízneho rezania na výrobnej čiare bude objektív zdeformovať jeho vnútorné optické prvky v dôsledku kontinuálnej tepelnej akumulácie, čo nakoniec ovplyvní tvar spracovania a konzistentnosť .}
Je to tak preto, že keď laserové svetlo s vysokou intenzitou zasiahne optické zariadenie, materiál absorbuje časť svetlej energie a premieňa ho na teplo . pre materiály, ako je oxid kremíka (kremeň) a fluorid vápenatý (fluorit), ktoré majú nízku tepelnú vodivosť, je ťažké účinne a včasne a včasným spôsobom výsledkom lokality. zariadenie .
Na vyriešenie tohto problému skupina pripravila priehľadný materiál 4H-SIC ako špeciálny superlens . Zariadenie je tenšie ako jednostranné mince a jeho povrch je pokrytý stovkami miliónov nanopilier s priemerom približne {200-400}}}} {}}}}} {}}}}}} {}}} a je hĺbkou asi 1 mikronu {} {6} {6} {6} {} {} {
„Vďaka vysokému indexu lomu materiálu karbidu kremíka sa nám podarilo manipulovať s vlnovou fázou svetla ladením veľkosti nanopilier, aby sa dosiahla zaostrovacia funkcia porovnateľná s výkonom komerčných šošoviek . v kombinácii s vynikajúcou tepelnou vodivosťou samotného materiálu. popisuje .
Obrázok 丨 4H-siC Superlens (vľavo) a charakterizácia SEM (vpravo) (zdroj: Botao Chen)
2. Experimentálne overenie vynikajúcej tepelnej stability
V experimente vedci simulovali priemyselný scenár v reálnom živote ožarovaním objektívu Mitutoyo Microscope Cymle (popredná komerčná objektívová šošovka v tomto odvetví) a 4H-siC SuperLens vyvinuté tímom s vysoko výkonným laserom v rovnakom čase .
Výsledky ukazujú, že v rámci 15- watt, 1030- nM pulzované laserové ožarovanie na jednu hodinu, teplota 4H-siC superlens sa zvýšila iba o 3 . 2 stupňa a posun zaostrenia bol iba jeden desatsty konvenčných objektívnych Lens.
Tradičnou metódou rozptyľovania tepla je zvyčajne inštalácia vodného chladiaceho krúžku mimo objektívnej šošovky na odstránenie tepla absorbovaného zariadením cirkuláciou chladiacej vody . nielenže je toto riešenie zložité a nákladné, ale výrazne zvyšuje spotrebu energie a emisie uhlíka a vyžaduje ďalšie systémy na udržanie dodatočných systémov na chladenie vody.
Naopak, riešenie navrhované tímom eliminuje potrebu akýchkoľvek komponentov rozptylu tepla jednoduchým namontovaním superlenov na zrkadlový ráme
Obrázok 丨 Schematický diagram tepelného driftného účinku 4H-siC superlens (vľavo) a konvenčných objektívov (vpravo)
3. prekonanie problémov so spracovaním a posunom smerom k hromadnej výrobe
Ako materiál s vysokou tvrdosťou s Mohsovou tvrdosťou na druhom mieste až po Diamond, kremíkový karbid je mimoriadne ťažké spracovať ., hoci sa používa vo vysokorýchlostných čipoch pre nové energetické vozidlá, dvojrozmerné tranzistory sa výrazne líšia od mikro-optických zariadení s trojrozmernými štruktúrami .}}}}}}}}}}
„Potrebujeme spracovať stovky miliónov malých stoviek nanometerských pilierov v oblasti s veľkosťou polovičnej mince . nielenže tieto nanopilry musia byť tenké a hlboké s konzistentným tvarom, ale presnosť zarovnania sa vyžaduje, aby bola extrémne vysoká, a pridá sa k ťažkosti so spracovaním ." Chen Botao, ale {}}} {}} {}} {}} {} {}} {} {} {} {
Fotografie 丨 Fotka skupiny Qiu Min
Za zmienku stojí, že tím prijal proces spracovania mikro-nano, ktorý je kompatibilný s hromadnou výrobou . Qiu Min, ktorá je viac ako 20 rokov technickej akumulácie v oblasti mikroptoelektroniky, položila solídny základ pre tento výskum .
V procese skúmania procesu spracovania vedci plne zvážili použitie výsledkov vedeckého výskumu a dopytu na trhu, takže amplitúda zariadenia musí byť dostatočne veľká na to, aby realizovala úplnú výmenu tradičných objektívnych šošoviek . na základe predchádzajúcej akumulácie technológie, vylepšili tento proces spracovania a uvoľnili produkty pre rozšírené okuliare reality {}}}}
V súčasnosti vedci vytvorili rôzne Silikon Carbide SuperLess pre rôzne potreby a vyvinuli podrobný program venovaný smeru nízkych nákladov a vysokého výnosu {{}} Podľa správy sa tento jedinečný proces uplatňuje na niekoľko kooperatívnych podnikov {{}}} {}}}} {}}}}}}}} {
