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西湖大学仇旻教授组开发新型4H-SiC超透镜解决高功率激光热漂移问题

佚名 2025-05-03

Qiu Min教授的西湖大学研究团队成功地开发了一种新型的均质硅碳化物(4H-SIC)Ultralens,为高功率激光处理中的热漂移问题提供了新的解决方案。

与传统的商业目标镜头相比,该超级镜不仅可以达到衍射极限的焦点,而且还可以在长期高功率激光辐射下保持稳定的性能,并且几乎不受吸收吸收的影响。

4H-SIC材料对其出色的特征引起了很多关注:它们在光学方面具有较高的透射率和高折射率;它们在热管理中具有很高的导热率。它们在机械性能中具有高硬度和刮擦性。这些特征使其成为高性能光学和高功率设备的理想材料。

新的Superlens利用了4H-SIC材料的高热导热率和低损耗特性,可以有效抑制热漂移效果,并摆脱对复杂冷却系统的依赖。

这一技术突破不仅为高功率激光系统提供了关键支持,而且为许多领域(例如精密仪器制造,极地冒险和航空航天)带来了新的可能性。尤其是在加工精度和表面质量极高的领域,4H-SIC Ultralens在为高功率激光应用提供更高效,更紧凑的解决方案方面起着重要作用。

最近,相关论文发表在高级材料中,标题为“ 4H-SIC Metalens:减轻高功率激光照射中的热漂移效应” [1]。

郑明格大学 - 西胡大学的联合培训博士生陈·博特尔(Chen Botel)和孙子小尤(Sun Xiaoyu作为共同对应的作者。

图|相关论文(来源:高级材料)

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解决高功率激光器热漂移问题的新想法

偶然地,研究人员注意到企业生产中的一个困难问题:在生产线的连续高功率激光精确切割过程中,客观镜头将导致内部光学组件由于连续的热量积累而变形,这最终会影响处理形态和一致性。

这是因为当光学元件上照射高强度激光时,材料会吸收一部分光能并将其转化为热量。对于二氧化硅(石英)和氟化钙(氟)等导热率低的材料,热量很难及时,有效地进行,从而导致设备的局部过热。

为了解决这个问题,研究团队将透明的4H-SIC材料准备成特殊的超级材料。该设备比一元硬币薄,表面上覆盖着数亿纳米,直径约为200-400纳米,深度约为1微米。

“得益于碳化硅材料的高折射率,我们可以通过调节纳米柱的尺寸来控制光的波前阶段,从而实现与商用透镜相当的焦点功能。结合材料本身的极好的热导率,我们在薄薄的设备中实现了更好的热量散热性能,” Chen Boe引入了。”

图丨4H-SIC Ultralen(左)和SEM表征图(右)(来源:Chen Bose)

实验验证了出色的热稳定性性能

在实验中,研究人员模拟了实际的工业场景,使用高功率激光器同时照亮了日本Mitutoyo(Mifeng)公司的显微镜目标(行业领先的商业目标)和该团队开发的4H-SIC Ultralens。

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结果表明,在连续照射的15瓦,1030纳米脉冲激光器1小时的情况下,4H-SIC Ultralens的温度仅上升了3.2°C,而焦点偏移量仅为传统物镜镜的十分之一。

传统的散热方法通常涉及在物镜外部安装水冷环,并通过循环冷却水吸收了设备吸收的热量。该解决方案不仅复杂且昂贵,还显着增加了能源消耗和碳排放,并且需要额外的系统来维持水冷单元的运行。

相比之下,团队提出了一个不需要任何散热成分的解决方案,只需在框架上安装超钢,利用有效的固体传热来快速导出热量。这不仅允许连续稳定的工作,而且还可以大大简化使用和维护要求。

图| 4H-SIC Ultralens(左)和传统物镜镜头(右)(来源:高级材料)之间的热漂移效应的示意图

克服处理问题并朝着大规模生产发展

作为一种高硬度材料,碳化硅的硬度仅次于钻石,并且很难处理。尽管它已用于新的能源车辆的大功率芯片中,但二维晶体管与三维微纳米光学元件有显着差异。

“我们需要在半硬币的面积上处理数亿列的纳米纳米列。这些纳米柱不仅必须薄而深,具有一致的形态,而且还具有极高的排列准确性要求,这增加了处理的困难。”陈伯斯说。

云之羽倭风化细节引质疑,国产剧服化道为何频现日本元素?

□尹如意(浙江越秀外国语学院)

近日,由虞书欣、张凌赫主演的悬疑古装木偶片《云中之羽》因剧中出现的“日式”细节,引发网友强烈质疑。该剧在开播初期就被指过度模仿日本文化,且该剧播出时间选在“抗战胜利纪念日”的前一天,让人怀疑剧组是否是故意安排的。剧中出现的纹身、日式屏风、服饰、坐姿等,均被网友指出与日本文化过于相似。此外,父子角色的姓名、名字也被指“日式”。这一切,都引发网友对剧组意图的猜测和抵制。(和讯网9月4日讯)

国产剧服装、妆容中出现日系元素,一度引发网友热议。《天盛长歌》《繁星璀璨》《安乐死》《向往的爱情》等古装剧在播出时,都引发网友质疑和讨论。《我叫刘金凤》等一比一抄袭日系风格的电视剧,遭到全网抵制,要求下架。

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面对影视作品中的“日系”现象,我们应以理性谨慎的思考,而非情绪化地跟风、相互咒骂。《汉武帝》化妆师刘小东曾说:“日本文化其实借鉴了中国古代传统文化,而不是模仿,只是后来没有传承汉朝的传统,所以观众会感到陌生。”和服是从韩国服饰发展而来的,国风和“日系”有相似之处。我们是大国正气,不会做侵犯权利的事情。但网络上过于激烈的讨论,很容易导致偏激的认知,要么盲目排斥外来文化,千方百计把汉服的敌人定为和服,与文化融合背道而驰;要么把日本文化彻底归类到中国文化中去。 其实,未来行业该如何发展,我们自身该如何重视、传承、创新传统文化,比争论影视剧是不是“日式”更值得关注和探讨。

20世纪80、90年代是日本快速发展的年代,日本与港台经济交流不断加深,在经济交流的同时,文化也相互交流。当时港台服装化妆师很难接触到古代文物和现成的古代服饰研究成果,导致港台服装化妆风格逐渐由戏曲舞台风格转向日式风格。后来影视界喜欢“论资排辈”,日本服装化妆道具在国内影视界已经形成稳定的产业链,影视界人员选择直接方便,价格便宜,也导致中国影视剧中出现大量“日式中国风”文化现象。

影视界人如果想创作出真正优秀的作品,如果想让自己的作品受到观众的喜爱和追捧,就应该以《云羽》的争议为戒,重视自身文化,冷静挖掘我国丰富的传统服饰、道具,在传统文化的基础上,吸收外来文化的精华,去其糟粕,从而促进自身的发展,用匠心打造好剧,展现中国风情之美。

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