激光、光電子設(shè)計與工藝的案例
大壁厚陶瓷光固化3D打印工藝，因泰萊激光實現(xiàn)新突破
南極熊導(dǎo)讀：大壁厚陶瓷光固化3D打印工藝，在后期脫脂和燒結(jié)環(huán)節(jié)往往出現(xiàn)問題，國內(nèi)公司因泰萊激光已經(jīng)實現(xiàn)了新突破。
近年來，光固化陶瓷3D打印技術(shù)廣受業(yè)內(nèi)關(guān)注。相對于其它陶瓷3D打印方式，光固化陶瓷3D打印具有成型效果好、精度高、表面質(zhì)量好、燒結(jié)后成品致密性好、強度高等優(yōu)點，在航空航天、生物醫(yī)療、能源化工、工程機械、電子制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
光固化陶瓷3D打印在成型工藝上已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但是在后期脫脂和燒結(jié)環(huán)節(jié)，生坯XYZ三個方向的厚度都超過7mm時，易產(chǎn)生開裂、變形、脫皮等問題，導(dǎo)致制件失敗，其主要原因：
①在光固化過程中存在固化內(nèi)應(yīng)力，在脫脂過程存在一個應(yīng)力釋放過程而導(dǎo)致開裂；
②光固化陶瓷材料有機物含量高，并且通過聚合反應(yīng)形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大分子，壁厚了就較難脫脂；
③對于高致密度的結(jié)構(gòu)陶瓷，由于高的固含量導(dǎo)致顆粒之間較難形成合理的脫脂通道。
△脫脂燒結(jié)過程中出現(xiàn)開裂變形
△ 工藝改善前后對比圖
南極熊獲悉，最近，因泰萊激光在大壁厚陶瓷材料光固化陶瓷3D打印工藝上取得突破性進(jìn)展。他們利用自主研發(fā)的氧化鋁陶瓷材料和CeraBuilder系列陶瓷3D打印設(shè)備，實現(xiàn)了大壁厚氧化鋁陶瓷（XYZ三個方向上厚度均大于20mm）的打印成型和脫脂燒結(jié)，燒結(jié)后的成品件，外表和內(nèi)部無裂紋、致密性好、強度高。
展開 新制造工藝：有望實現(xiàn)高速低功耗光電子芯片！
他們采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制造技術(shù)，在制造工藝中引入少量變化，從而在塊狀硅中創(chuàng)造出光子器件區(qū)域。這些光子器件在晶體管處理期間集成。這包括，在塊狀硅中添加一個由絕緣體材料二氧化硅形成的“孤島”，并在其頂部沉積多晶硅薄膜，從而形成了絕緣襯底上的硅。光子器件會從這個絕緣襯底上的硅區(qū)域制造出來，而晶體管則會在CMOS芯片上標(biāo)準(zhǔn)的塊狀硅區(qū)域形成。
（圖片來源：Nature）
價值
這一新型平臺將光子器件帶入最先進(jìn)的塊狀硅微電子芯片中，帶來更快更節(jié)能的通信，并將為光電子系統(tǒng)芯片的量產(chǎn)鋪平道路，極大地改善計算設(shè)備與移動設(shè)備。
除傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信之外，其應(yīng)用還包括圖像和數(shù)據(jù)識別任務(wù)中的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，無人駕駛汽車中采用的低成本紅外激光雷達(dá)傳感器、智能手機人臉識別技術(shù)以及增強現(xiàn)實技術(shù)。
此外，光學(xué)使能的芯片將帶來新型的數(shù)據(jù)安全和硬件鑒權(quán)、應(yīng)用于第五代（5G）無線通信網(wǎng)絡(luò)的更加強大的芯片、量子信息處理器件和量子計算器件。
關(guān)鍵字
半導(dǎo)體、芯片、電子、光子、工藝
展開 基于zemax的折疊光路的激光擴束系統(tǒng)設(shè)計
激光擴束系統(tǒng)是激光干涉儀、激光測距儀、激光雷達(dá)等諸多儀器設(shè)備的重要組成部分，其光學(xué)系統(tǒng)多采用通過倒置的望遠(yuǎn)系統(tǒng)，來實現(xiàn)對激光的擴束，其主要作用是壓縮激光束的空間發(fā)散角，使擴束后的激光束口徑滿足其他系統(tǒng)的要求。
激光器發(fā)出的光束直徑很細(xì)小，通常只有零點幾到幾毫米，激光束的這些特性在某些方面是很有用的。然而在一些應(yīng)用領(lǐng)域中需要的確是寬光束，如激光全息、光信息處理、激光照明、激光測距等。例如在激光干涉儀的應(yīng)用中，它要照射比激光束口徑大得多的被測物體，然后通過光束的干涉來實現(xiàn)測量。又如在激光的全息應(yīng)用中，它要照射比激光束口徑大得多的全息記錄介質(zhì)，以實現(xiàn)信息的記錄和重現(xiàn)。因此需要使用激光擴束系統(tǒng)來實現(xiàn)激光束的準(zhǔn)直擴束。
本文設(shè)計的是一種帶折疊光路的激光擴束系統(tǒng)，可以有效節(jié)省系統(tǒng)空間。
設(shè)計要求：EPD=10mm、f2/f1=10、波長1064nm、輸入輸出均為準(zhǔn)直光、系統(tǒng)總長<450mm、使用兩個平面鏡折疊光路、波前差、。
設(shè)計步驟
1、 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定
孔徑類型選擇入瞳直徑，孔徑值輸入10，；波長選擇ND：YAG，或者直接輸入1.064，其它保持系統(tǒng)默認(rèn)。
2、 建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中輸入如下初始結(jié)構(gòu)數(shù)值。
設(shè)置變量優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)。
查看布局圖和標(biāo)準(zhǔn)點列圖。
添加反射鏡，第一塊反射鏡X傾斜-90°，第二塊反射鏡X傾斜90°。
設(shè)置雙膠合透鏡，使光路平行出射。
進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，此時針對平行光優(yōu)化評價函數(shù)要選擇波前。
查看3D布局圖和波前圖。
3、 控制系統(tǒng)總長
打開評價函數(shù)編輯器，插入空行，并改為OPLT來控制總長，設(shè)置如下。
最后再根據(jù)需求修改鏡片尺寸等參數(shù)。
如果有相關(guān)需要,歡迎通過公眾號"320科技工作室"和我們聯(lián)絡(luò)
展開 壓縮態(tài)光 | RP 系列激光分析設(shè)計軟件
壓縮光的產(chǎn)生
壓縮光通常是利用某些光學(xué)非線性相互作用從相干態(tài)或真空態(tài)的光產(chǎn)生的。例如，具有真空輸入的光學(xué)參量放大器可以產(chǎn)生壓縮真空，從而使一個正交分量的噪聲降低 10 dB 量級。在某些情況下，可以通過倍頻來獲得明亮的振幅壓縮光中較低程度的壓縮。光纖中的克爾非線性也產(chǎn)生振幅壓縮光。當(dāng)半導(dǎo)體激光器使用穩(wěn)定的泵浦電流運行時，可以產(chǎn)生振幅壓縮的光。擠壓也可能由原子-光相互作用引起。
另一種可能性是使用光量子擠壓器[ 22 , 28 ]。這里，與強度噪聲相關(guān)的輻射壓力的波動調(diào)制光諧振器中的光的路徑長度，從而引起幅度和相位噪聲之間的相關(guān)性。
應(yīng)用領(lǐng)域
原則上，壓縮光可用于許多領(lǐng)域，因為它允許在減少量子噪聲的情況下進(jìn)行測量。一個例子是使用大型干涉儀探測引力波的超精確長度測量。特別是，先進(jìn)的 LIGO Hanford 設(shè)置配備了該技術(shù)，在 2015 年首次探測成功之前，該技術(shù)大大提高了測量靈敏度[23]?[26]。
到目前為止，壓縮光的使用還不是很廣泛，主要是因為它受到各種困難的困擾。例如，任何光學(xué)損耗都會使光的壓縮狀態(tài)更接近相干狀態(tài)，即傾向于破壞非經(jīng)典特性。然而，至少在基礎(chǔ)量子光學(xué)研究中，光的壓縮態(tài)發(fā)揮著重要作用
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分光光度計 | RP 系列激光分析設(shè)計軟件
可調(diào)激光器可以向樣品發(fā)送更多的光，但這種產(chǎn)品通常不實用。
或者，可以使用某種可調(diào)激光器，這可以提供高出幾個數(shù)量級的光譜亮度。測量時間可以大大減少。然而，可調(diào)激光器在光譜范圍方面受到很多的限制，也更昂貴和更難使用。因此，大多數(shù)分光光度計仍然依賴寬帶光源和單色儀。
一種中間解決方案是使用超連續(xù)譜光源，它有高度的空間相干性，因此它可以大幅提高信號和相應(yīng)減少的測量時間。這種光源可以覆蓋比可調(diào)激光器更寬的光譜范圍。
如何校準(zhǔn)儀器讀數(shù)？
單色儀在掃描不同波長時獲得的強度（更準(zhǔn)確地說：光功率）會發(fā)生重大變化，并且還還可能表現(xiàn)出時間漂移，例如由于溫度變化或所用燈的老化。此外，光電探測器的響應(yīng)度通常與波長有關(guān)。由于這些原因，例如，吸收率或反射率的精確測量需要與可能存在物體的強度進(jìn)行比較。
在單光束分光光度計中，使用單獨的校準(zhǔn)掃描進(jìn)行校準(zhǔn)，其中不插入樣品或參考樣品。例如，根據(jù)所需的精度，可能需要經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)掃描，或者每天只進(jìn)行一次。
圖2:掃描雙光束分光光度計的設(shè)置。使用三個相同類型的分束器，可以消除它們的光譜依賴性。
同時進(jìn)行兩種測量時，可以獲得更高的精度和更高的便利性。常見的解決方案是使用雙光束設(shè)置（見圖 2）。在這里，單色光束使用分束器被分成兩束光束。其中一個光束通過樣品傳輸?shù)焦怆娞綔y器;另一個直接到達(dá)另一個光電探測器，或通過參考樣品傳輸。一個存在的問題是，在非常大的光譜范圍內(nèi)，分束比與波長有關(guān)。例如，可以通過使用兩個或三個這樣的分束器來解決，使得每個光束在一個這樣的分束器上反射并在另一個具有相同光學(xué)特性的分束器上透射。
可以使用單個光電探測器，而不是用于樣品和參考的兩個不同的檢測器，該光電探測器交替接收來自樣品或參考的光，例如通過某種帶有旋轉(zhuǎn)盤的斬波器。這也消除了兩個探測器之間差異的影響。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的STOP分析2：如何進(jìn)行光機械設(shè)計準(zhǔn)備
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進(jìn)行建模。
在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應(yīng)進(jìn)行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)變形。
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光機械設(shè)計準(zhǔn)備
光學(xué)設(shè)計完成后，下一階段就是為光學(xué)元件創(chuàng)建機械封裝。除了提供光學(xué)系統(tǒng)的保護(hù)和布局安裝外，透鏡和反射面的安裝設(shè)計還將引入機械導(dǎo)入光源。此外，這些機械元件還可以作為散熱器，為光學(xué)元件散熱。我們將在稍后的過程中探討這兩個問題，但現(xiàn)在我們將專注于光機械設(shè)計。OpticStudio 和 OpticsBuilder 之間的交互可大幅簡化這一過程。Prepare for OpticsBuilder 工具能導(dǎo)出光學(xué)系統(tǒng)，且導(dǎo)出格式方便光機工程師直接在他們的 CAD 工具中打開系統(tǒng)，其中包含創(chuàng)建光機系統(tǒng)所需的所有信息。
光機械系統(tǒng)整體創(chuàng)建完成后，整個設(shè)計便可以輕松導(dǎo)出到 OpticStudio 非序列模式。OpticStudio 非序列模式能夠?qū)⒚總€物體視為探測器，以計算系統(tǒng)中每個光學(xué)器件和機械表面上的吸收通量。額外的探測器可以記錄鏡頭體內(nèi)的吸收通量。當(dāng)激光以光束的形式在系統(tǒng)中傳播，我們可以記錄它們與元件的每一次相互作用。
展開 基于Rsoft的Beamprop模塊進(jìn)行光電子自聚焦透鏡設(shè)計
摘要
本文目的：設(shè)計一個自聚焦棒，觀察其仿真結(jié)果，并對耦合效率進(jìn)行仿真，得到相應(yīng)的結(jié)果。
首先是新創(chuàng)建一個設(shè)計文件。在本次仿真中做了如下設(shè)置。如圖1所示。
圖1 創(chuàng)建新設(shè)計
在這一步中，設(shè)置光波長為1.55um，外界折射率為1.6。波導(dǎo)寬度為100。接著繪制波導(dǎo)模擬自聚焦棒。
圖2 自聚焦棒模擬圖
界面中的紅色部分即是在軟件中模擬的自聚焦棒，即繪制一段波導(dǎo)來模擬。對于自聚焦棒而言，折射率滿足類拋物線的規(guī)律，即從兩邊向中間逐漸增大。在Beamprop中可以設(shè)置其折射率模式Profile Type為Gaussian。滿足自聚焦棒的折射率變化規(guī)律。設(shè)置方法如下所示。
圖3 波導(dǎo)折射率設(shè)置
右鍵點擊界面中的波導(dǎo)即可出現(xiàn)如圖2的屬性界面。將左起第二項Profile Type在下拉菜單中改為Gaussian。接下來的步驟是設(shè)置監(jiān)控電源，在EDIT PATHWAY中設(shè)置，如圖4所示。
圖4 監(jiān)控電源設(shè)置
接下來就可以進(jìn)行自聚焦棒的仿真，運行Perform Simulation，選擇不同的演示模式（Display Mode）可以觀測到自聚焦棒在光信息傳播中的狀態(tài)。
圖5 波導(dǎo)折射率狀態(tài)
圖6 光在波導(dǎo)中傳播路徑仿真
圖5仿真是的波導(dǎo)中折射率的分布圖，為高斯函數(shù)的3D模擬圖形。圖3.7顯示的是自聚焦棒中的光線傳播路徑，可以看到光線由平行入射到最后聚于一點，符合自聚焦棒的特性。
在介質(zhì)中另模擬一段折射率均勻的波導(dǎo)，用于跟自聚焦棒進(jìn)行耦合。波導(dǎo)位置圖形如圖7所示。
圖7 波導(dǎo)間耦合
圖中1為接收波導(dǎo)，2為發(fā)射波導(dǎo)。第一種情況中設(shè)置2為自聚焦透鏡。
當(dāng)透鏡棒長度為L/4時，那么入射光為平行光時，出射光會聚，此時入射到下一級的光能量損失最小，達(dá)到耦合最佳狀態(tài)。
展開 設(shè)計仿真 | Simufact Additive仿真預(yù)測電子產(chǎn)品打印缺陷，優(yōu)化增材制造工藝
引言
隨著增材制造技術(shù)的不斷成熟，增材制造工藝在電子行業(yè)的滲透率不斷增加，其在電子行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在消費電子、柔性電子、先進(jìn)封裝等領(lǐng)域，通過高精度增材制造技術(shù)實現(xiàn)個性化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件的快速制造。
電子產(chǎn)品中的金屬結(jié)構(gòu)件在3D打印過程中會遇到打印變形超差、開裂等問題，尤其在首次打印結(jié)構(gòu)件時，沒有過往經(jīng)驗可借鑒，只能通過不斷試錯來尋找解決方案。
對于前期工藝開發(fā)，借助增材仿真專業(yè)軟件，可減少試錯次數(shù)，有效縮短研發(fā)周期。Simufact Additive增材制造仿真軟件，憑借其簡潔易用、多種算法、求解精確、功能完善、自動優(yōu)化補償、結(jié)合掃描數(shù)據(jù)高級補償功能等優(yōu)勢贏得了眾多用戶的好評。
增材制造工藝仿真方案
Simufact Additive 增材制造仿真軟件主要功能包括鋪粉增材制造工藝仿真、鋪粉增材制造工藝缺陷分析仿真、金屬粘結(jié)劑噴射成型工藝仿真、機加仿真分析，算法上涵蓋了固有應(yīng)變、熱學(xué)分析、熱力耦合分析，包含制造過程和校核功能分析，針對鋪粉增材制造工藝，軟件可實現(xiàn)增材過程分析、熱處理、熱等靜壓、線割、支撐移除等工藝過程全流程仿真分析。通過Simufact Additive對增材制造過程仿真分析主要打印變形、開裂、卡刮刀預(yù)測、收縮線、應(yīng)力、應(yīng)變、相變、匙孔、表面粗糙度等，并且軟件具有變形補償自動優(yōu)化，能夠?qū)?yōu)化后的結(jié)構(gòu)導(dǎo)出STEP等格式，最終幫助用戶實現(xiàn)一次打印成功。
表殼增材應(yīng)用案例
通過Simufact Additive增材仿真軟件對表殼增材工藝研究，軟件可以幫助研究不同的擺放角度對打印變形的影響、不同的支撐方式的影響、變形補償自動優(yōu)化、打印后消除殘余應(yīng)力熱處理等影響。該案例主要工藝過程為打印——線割——支撐移除。
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