Kumpulan Prof . Qiu Min di Westlake University telah berjaya membangunkan jenis baru silikon karbida homogen (4H-SIC), yang menyediakan penyelesaian baru untuk masalah hanyut terma dalam pemprosesan laser kuasa tinggi .
Berbanding dengan kanta objektif komersial konvensional, superlens bukan sahaja dapat mencapai fokus yang terhad, tetapi juga mengekalkan prestasi yang stabil di bawah penyinaran laser kuasa tinggi yang berpanjangan, yang hampir tidak terjejas oleh penyerapan terma .
Bahan-bahan 4H-SIC telah menarik perhatian untuk sifat-sifat yang sangat baik: transmisi tinggi dan indeks refraktif untuk optik, kekonduksian terma yang tinggi untuk pengurusan terma, dan kekerasan yang tinggi dan rintangan calar untuk sifat mekanik . Ciri-ciri ini menjadikannya bahan yang ideal untuk optik prestasi tinggi dan peranti kuasa tinggi .
Superlens baru menggunakan kekonduksian terma yang tinggi dan ciri-ciri kerugian rendah bahan 4H-SIC untuk menyekat kesan drift haba dan menghilangkan pergantungan pada sistem penyejukan kompleks .
Kejayaan teknologi ini bukan sahaja memberikan sokongan utama untuk sistem laser kuasa tinggi, tetapi juga membawa kemungkinan baru untuk pembuatan instrumen ketepatan, penerokaan kutub, aeroangkasa dan banyak bidang lain . terutamanya dalam bidang yang sangat tinggi untuk pemprosesan ketepatan dan kualiti permukaan, superlens boleh memainkan peranan yang lebih efisien dan lebih berkesan dalam keadaan yang lebih berkesan dan
1. Idea baru untuk menyelesaikan masalah drift haba laser kuasa tinggi
Dalam pertemuan peluang, para penyelidik melihat masalah berduri yang biasa dijumpai dalam pengeluaran perusahaan: Semasa operasi berterusan pemotongan ketepatan laser kuasa tinggi pada garis pengeluaran, lensa objektif akan mengubah bentuk unsur-unsur optik dalamannya disebabkan oleh pengumpulan terma yang berterusan, yang akhirnya akan mempengaruhi bentuk pemprosesan dan konsistensi .
Ini kerana apabila cahaya laser intensiti tinggi menyerang peranti optik, bahan menyerap beberapa tenaga cahaya dan menukarkannya menjadi haba . untuk bahan-bahan seperti silikon oksida (kuarza) dan kalsium fluorida (fluorite) peranti .
Untuk menyelesaikan masalah ini, kumpulan menyediakan bahan 4H-SIC yang telus sebagai superlens khas . peranti ini lebih nipis daripada duit syiling satu dolar, dan permukaannya ditutup dengan ratusan juta nanopillar dengan diameter kira-kira {{4}
"Terima kasih kepada indeks biasan tinggi bahan karbida silikon, kami dapat memanipulasi fasa cahaya gelombang cahaya dengan menala saiz nanopillar untuk mencapai fungsi fokus yang setanding dengan kanta . menggambarkan .
Rajah 丨 4H-SIC Superlens (kiri) dan pencirian SEM (kanan) (Sumber: Botao Chen)
2. Pengesahan eksperimen kestabilan terma yang sangat baik
Dalam eksperimen ini, para penyelidik menyimulasikan senario perindustrian kehidupan sebenar dengan menyinari lensa objektif mikroskop Mitutoyo (lensa objektif komersial terkemuka di industri) dan superlens 4H-SIC yang dibangunkan oleh pasukan dengan laser berkuasa tinggi pada masa yang sama .
Hasilnya menunjukkan bahawa di bawah 15- watt, 1030- nm penyinaran laser berdenyut selama satu jam, suhu superlens 4H-SIC meningkat dengan hanya 3. 2 darjah, dan peralihan fokus hanya sepersepuluh dari satu twent dari satu lensa objektif konvensional.
Kaedah pelepasan haba tradisional biasanya untuk memasang cincin penyejukan air di luar lensa objektif untuk mengeluarkan haba yang diserap oleh peranti dengan mengedarkan air penyejuk . bukan sahaja penyelesaian ini kompleks dan mahal, ia juga meningkatkan penggunaan tenaga dan pelepasan karbon, dan memerlukan sistem tambahan untuk memastikan {2}
Sebaliknya, penyelesaian yang dicadangkan oleh pasukan menghapuskan keperluan untuk sebarang komponen pelesapan haba dengan hanya memasang superlens pada bingkai cermin dan menggunakan pemindahan haba keadaan pepejal yang sangat efisien untuk mengeksport dengan cepat . Ini bukan sahaja membolehkan operasi berterusan dan stabil, tetapi juga memudahkan keperluan penggunaan dan penyelenggaraan {} {2}
Rajah 丨 Skematik gambarajah kesan drift haba superlens 4H-SIC (kiri) dan lensa objektif konvensional (kanan)
3. mengatasi cabaran pemprosesan dan bergerak ke arah pengeluaran besar -besaran
Sebagai bahan yang tinggi dengan kekerasan Mohs yang kedua hanya untuk berlian, silikon karbida sangat sukar untuk memproses . Walaupun ia telah digunakan dalam cip kuasa tinggi untuk kenderaan tenaga baru, transistor dua dimensi berbeza dengan peranti mikro dan nano-optik dengan struktur tiga dimensi {} {7}
"Kita perlu memproses beratus-ratus juta tiang bersaiz kecil yang berukuran kecil di kawasan saiz setengah duit syiling . bukan sahaja nanopillar ini perlu nipis dan mendalam dengan bentuk yang konsisten, tetapi ketepatan penjajaran diperlukan untuk menjadi sangat tinggi, sambil menambah {3}
Foto 丨 Foto Kumpulan Qiu Min
Perlu dinyatakan bahawa pasukan itu mengadopsi proses pemprosesan mikro-nano yang serasi dengan pengeluaran besar-besaran . Qiu Min's Group lebih daripada 20 tahun pengumpulan teknikal dalam bidang optoelektronik mikro-nano telah meletakkan asas yang kukuh untuk penyelidikan ini .
Dalam proses meneroka proses pemprosesan, para penyelidik sepenuhnya mempertimbangkan penggunaan hasil penyelidikan saintifik dan permintaan pasaran, jadi amplitud peranti mesti cukup besar untuk merealisasikan penggantian lengkap kanta objektif tradisional . berdasarkan pengumpulan teknologi sebelumnya, mereka telah meningkatkan proses pemprosesan ini dan dilepaskan untuk gelas realiti {}}
Pada masa ini, para penyelidik telah menghasilkan pelbagai superlenses karbida silikon untuk keperluan yang berbeza, dan telah membangunkan program terperinci yang didedikasikan kepada arahan kos rendah dan hasil yang tinggi . mengikut laporan, proses unik ini telah digunakan untuk beberapa enterprises .
