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oe1(光电查) - 科学论文

110 条数据
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  • [2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 2019年6月23日至27日] 2019年国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 基于结构化辅助网格（SAM）算法的激光照明系统光热仿真

    摘要： 基于激光的照明系统是一项新兴技术，是彻底改变人造光源生成方式的固态照明的下一步发展。本文研究的配置方案是激光激发远程荧光粉（LRP）系统，该系统以激光二极管作为激发源，配合特定选择的荧光粉片。荧光粉用于将入射激光向下转换并拓宽输出光谱。尽管已有部分商业应用，但LRP系统的优化尚未实现。其性能瓶颈在于荧光粉发射特性的热依赖性（即热猝灭现象），因此需要建立光热仿真策略来研究和优化LRP系统[1]。本文讨论的光热仿真模型采用蒙特卡洛方法模拟光学部分（计算吸收辐射通量），随后将这些光学热损耗作为体积热源，通过有限元法（FEM）求解瞬态热方程[2]。由于热猝灭本质上是时间相关现象，该过程需迭代进行——多数时间步长都需重新计算吸收通量。典型蒙特卡洛光线追踪算法采用基于体素的网格存储计算属性，但将此类网格转换为有限元网格的计算成本会阻碍时变分析。解决方案是将吸收通量直接存储至有限元网格，但新问题随之产生：如何在非结构化有限元网格中定位发生吸收的插值点（空间坐标）。暴力搜索的处理时间过长，因此必须寻找更优方案。文献[3]首次提出的SAM算法属于处理非结构化网格点定位问题的几何搜索算法[4,5]。我们提出改进版SAM算法，利用光学体素网格作为几何搜索的辅助结构化网格。通过叠加光学网格与有限元网格，并借助体素网格的简易点定位特性（通过映射每个体素包含的有限元节点），可大幅减少搜索范围。为此构建两个二叉搜索树映射表：首表将体素编号映射至其中包含的有限元节点，次表则映射这些节点所属的非结构化网格单元。映射表的建立时间主要取决于有限元网格密度和单元阶数——高阶单元会显著增加建立耗时（但热分析无需高阶单元，故非关键问题）。另一方面，光学网格密度越高，每个体素关联的有限元单元越少，但体素尺寸需合理设置（过小的体素可能导致空体素异常）。该方法的核心优势在于：映射表构建完成后，单元搜索时间可达O(1)量级。随着计算能力提升，仿真在光学系统研究与优化中的作用日益关键——更复杂现象的建模需求推动多物理场方法的发展。材料光学特性常随温度超过耐受阈值而劣化，导致光学设计失效；另一些情况下，结构载荷引发的光学元件错位可能成为关键问题。本文提出的SAM算法能有效耦合光学分析与有限元仿真，为解决此类光学问题提供了重要工具。

    关键词： 基于激光的照明系统、光热模拟、蒙特卡罗模拟、SAM算法、有限元法、热猝灭

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 金属激光微加工过程中的热影响区与表面粗糙度分析

    摘要： 当前研究通过有限元模拟与实验探究，聚焦于激光加热AISI H13钢、AISI 1045钢及Ti6Al4V合金工件时所产生的热影响区特征。实验刻意改变试样表面粗糙度，并研究其对激光吸收的影响。试验在1-4W激光功率及2/100 mm/min两种扫描速度下进行。研究建立了移动高斯激光热源的三维瞬态热力耦合有限元模型，用于模拟微加工过程并预测热影响区的深度与宽度。模拟中采用考虑塑性应变、应变率及温度效应的Johnson-Cook材料模型，并结合断裂模型。实验数据与仿真结果高度吻合。热影响区的深度和宽度强烈依赖于激光参数及被辐照样品的材料特性。本研究为激光辅助微加工工艺参数的优化改进奠定了基础，并揭示了三种金属材料粗糙度与吸收率关系的关键规律。

    关键词： 有限元法，热影响区，白光干涉仪，激光加热

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 激光雕刻的有限元建模仿真

    摘要： 本文采用有限元法（FEM）建立了纳秒脉冲激光雕刻过程的3D仿真模型，旨在预测工件最终几何形态并优化加工工艺。研究采用通用传热模型，通过高斯面热源模拟引发材料烧蚀的入射激光束，同时考虑了激光束、工件材料与金属蒸汽等离子体之间的相互作用。为验证仿真模型，使用DMG MORI Lasertec 40设备对不锈钢和压力容器钢板进行了大量实验，测试了平均功率、重复频率和扫描速度三种加工参数的不同组合，并将实验结果与仿真数据进行对比。实验结果有效验证了仿真模型的准确性。通过对数值结果的分析，得出了加工参数对激光雕刻过程影响的若干结论。

    关键词： 仿真、有限元法、激光烧蚀、激光雕刻

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • [IEEE 2019国际光学MEMS与纳米光子学会议(OMN) - 韩国大田 (2019.7.28-2019.8.1)] 2019国际光学MEMS与纳米光子学会议(OMN) - 基于高阶棱边元的光子波导模态分析高精度有限元方案

    摘要： 在光子波导的背景下，本文介绍了一种用于波导模态分析的全波方案。该方案基于采用高阶矢量和标量单元的有限元法（FEM）公式，并通过数值算例展示了其高效性。

    关键词： 边缘元、光波导、模态波导分析、有限元法、高阶有限元法

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 探索与少模辅助环形纤芯椭圆包层光纤兼容的下一代物联网设备

    摘要： 本文提出了一种支持多达10个空间线偏振（LP）模式的少模椭圆环芯光纤（E-RCF）设计方法。借助中心圆孔结构，采用有限元法生成最大模式数量。通过两种方式优化光学模式特性：利用椭圆环芯的几何特性和中心孔区域的半径。进一步计算了椭圆率（q）和波长共同作用下的模式性能。结果表明，为获得更高的折射率差近似值（Dneff）以降低计算复杂度，10个独立LP模式得到充分调控。数据显示相邻模式间的Dneff在q=2.5时大于18.80×10??，在2μm波长下大于17.30×10??。该研究还阐述了E-RCF在物联网环境中的适用性，其能更好地满足用户对密集数据传输的需求。

    关键词： 折射率差，椭圆环形纤芯光纤，有限元法，LP模

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • AISI 304不锈钢复合材料选择性激光熔化过程中熔池行为的分析

    摘要： 对Al2O3增强型及Al2O3-ZrO2共晶混合物增强型AISI 304不锈钢复合材料的选区激光熔化(SLM)过程中熔池行为进行了数值分析与实验验证。热分析结果表明：由于粉末混合物熔点与导热系数的差异，熔池几何形态显著受增强颗粒影响。采用Al2O3-ZrO2共晶混合物替代Al2O3增强颗粒时，熔池最高温度升高。同时发现两种增强体的冷却速率相关性微弱，由此确认熔池液相存续时间而非冷却速率影响熔化行为，且该液相存续时间随Al2O3-ZrO2共晶比例增加而延长。由于熔池宽度增大，采用Al2O3-ZrO2增强颗粒时顶面温度梯度降低，而厚度方向温度梯度则相应升高。这些熔池行为研究结果将深化对增强颗粒影响AISI 304不锈钢复合材料尺寸精度与性能的认知。

    关键词： 有限元法，氧化铝，氧化铝-氧化锆，304（不锈钢），复合材料，选择性激光熔化，增材制造，选择性激光熔融，不锈钢

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 基于动态热-物质扩散耦合模拟与相应实验验证的激光加工中热化学与热物理性能对比分析

    摘要： 激光与物质相互作用包含复杂的热物理和热化学响应。能量与成分在热物理及热化学过程中的变化会彻底改变相互作用行为。为获得精确机理并深化对激光-物质相互作用的理解，必须考虑和研究所有热物理与热化学响应，尤其是热化学部分。本研究建立了基于热力学化学平衡有限元法和热化学烧蚀理论的耦合热-物质扩散模型。选取高温环境下具有复杂反应焓变的材料验证该模型。结果表明：该模型精度较高，背温响应的实验值与计算值最大误差仅4.0%。通过分析获得了成分、温度及光学反射率的详细变化规律，与实验结果高度吻合。这个涵盖全部热物理和热化学响应的耦合热-物质扩散模型，在几乎所有涉及激光-物质相互作用的应用领域都具有重大潜力。

    关键词： 耦合热-物质扩散法、激光烧蚀、石墨/二氧化硅复合材料、碳热反应、有限元法

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • [2019年IEEE智能控制、优化与信号处理技术国际会议(INCOS) - 印度泰米尔纳德邦(2019.4.11-2019.4.13)] 2019年IEEE智能控制、优化与信号处理技术国际会议(INCOS) - 无人机嵌入式柔性太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)的实现

    摘要： 本文提出了一种在变化阴影条件下柔性有机聚合物太阳能电池（FOPSC）的最大功率点跟踪（MPPT）方法。该FOPSC采用PFO、PEO-at-co-MEH-PPV和MEH-PPV三种共轭聚合物复合材料作为活性层，CNT/rGO复合材料作为对电极（CE），聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为衬底制备而成。所制备的OPSC显示出约0.69的填充因子（FF）、0.67 V的开路电压（Voc）以及在6.37 mA/cm2电流密度条件下的13.69%功率转换效率（PCE）。该OPSC的PCE与采用Pt CE的OPSC相当（η=7.82%）。将四条OPSC条带串联连接，重建了地面无人机模型并模拟不同阴影条件，获取了功率-电压关系曲线?；谑笛槭?，开发了一种利用输出电压对占空比二阶导数的MPPT技术，并通过微控制器控制的降压PWM实现基于D2VOC的MPPT。

    关键词： 最大功率点跟踪（MPPT）与无人机（UAV）、热电材料（TEM）、有机聚合物太阳能电池、碳纳米管/还原氧化石墨烯复合材料（CNT/rGO）、输出电压相对于占空比二阶导数（D2VOC）、有限元法（FEM）

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 光伏应用中等离子体硅放电的数值模拟

    摘要： 本工作采用射频激励的电容耦合等离子体反应器（CCP）对光伏应用中的硅薄膜沉积进行数值模拟。通过有限元数值方法求解等离子体方程，在低压低温条件下利用SiH4/Ar/H2混合气体等离子体实现沉积。研究结果揭示了等离子体放电的基本特性，包括密度、温度和电势分布。研究表明所用气体混合物覆盖较宽的能量范围，从而获得高沉积速率。此外，采用CCP反应器可实现均匀沉积且不造成表面损伤。

    关键词： 数值模拟、射频等离子体、电容耦合等离子体反应器、SiH4/Ar/H2混合气体、有限元法

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 一种新型混合有限元方法：弯曲波导中的电磁传播

    摘要： 开发了一种采用一阶和二阶基函数的新型混合有限元法（HFEM），用于分析圆盘波导、环形波导和圆柱波导中的电磁波传播。为验证该方法，将HFEM计算结果与递归有限元法（RFEM）及两种解析方法的结果进行对比。通过节点均匀分布和Delaunay分布两种方式，研究了区域离散化对HFEM新方法结果的影响。结果表明：网格定义中采用的Delaunay方法不仅对确保计算可靠性至关重要，还能显著减少计算时间和内存消耗；同时分析了虚拟边界与波导芯之间距离的影响，该距离对数值计算精度具有重要影响。结论显示，相较于递归有限元法，新型混合有限元法在计算时间上具有显著优势。

    关键词： 电磁场传播，有限元法，弯曲波导

    更新于2025-09-16 10:30:52