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离子束修形中光学元件表面热量沉积数值模拟

袁征 戴一帆 解旭辉 周林

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离子束修形中光学元件表面热量沉积数值模拟

袁征, 戴一帆, 解旭辉, 周林

Numerical simulation on the thermal deposition of optical surface irradiated by low energy ion beam in ion beam figuring

Yuan Zheng, Dai Yi-Fan, Xie Xu-Hui, Zhou Lin
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  • 根据Sigmund溅射能量沉积理论建立了低能离子入射光学元件引起的能量扰动层厚度模型.理论推导了离子束倾斜入射时光学元件表面的束流密度, 并建立了低能离子束对光学元件的热量沉积模型.采用Monte Carlo方法模拟了低能离子与熔石英光学表面的相互作用.分析了离子能量、离子类型、入射角度等参数对光学元件热量沉积和扰动层深度的影响规律.以离子束沉积在工件的能量作为热源, 采用有限元分析软件ANSYS模拟了离子束入射工件的温度场分布、温度梯度场分布和温度应力分布.入射表面温度和热梯度呈高斯分布, 束斑中心最高并向工件边缘逐渐减小.入射表面束斑区域受热膨胀, 其膨胀受到外环区域的制约, 从中心区域到大约束斑半峰值半径的区域, 所受环向应力为压应力, 在大致束斑半峰值半径以外区域为拉应力.
    Based on energy deposition theory of Sigmund, the model of thickness of energy perturbation layer caused by low energy ion bombarding optical surface is built up. Beam current density on the optical surface is obtained by theory analysis, and the model of thermal deposition caused by low energy ion bombarding optical surface is built up. TRIM program is used to simulate the collision between low energy ions and atoms on the optical surface. And then, contributions to the thermal deposition and energy perturbation layer thickness from parameters such as ion energy, ion type and incidence angle are discussed. Finally, by taking the thermal quantity of deposited workpiece as a heat source in ANSYS, temperature field, thermal gradient field and stress field of the workpiece are obtained. The temperature and thermal gradient of the surface radiated by ion beam each present a Gaussian profile, and decrease along the radius from the center to the edge. The stress on the surface is a compressive stress within the radius of Half Maxim, and it is a tension-tension stress from the radius of Half Maxim to the edge.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:91023042, 51105370)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 91023042, 51105370).
    [1]

    Marcel D, Michael Z, Frank A 2010 Proc. SPIE 7591 75910Y

    [2]

    Shanbhag P M, Feinberg M R, Sandri G 2000 Appl. Opt. 39 599

    [3]

    Fujiwara K, Pahlovy S A, Miyamoto I 2011 Microelectronic Eng. 88 2527

    [4]

    Gailly P, Collette J P, Renson L, Tock J P 1999 Proc. SPIE 3739 124

    [5]

    Jiao H F, Cheng X B, Lu J T, Bao G H, Liu Y L, Ma B, He P F, Wang Z S 2011 Appl. Opt. 50 C309

    [6]

    Park J H, Lee K S, Kim J N 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 9593

    [7]

    Olivier B. Duchemin 2001 Ph. D. Dissertation (Pasadena: California Institute of Technology)

    [8]

    Sigmund P J 1973 Mater. Sci. 8 1545

    [9]

    Liu J S 1995 The Technology and Application of Ion Beam (Beijing: National Defence Industry Press) p50 (in Chinese) [刘金声 1995 离子束技术及应用(北京: 国防工业出版社)第50页]

    [10]

    Wu D, Gong Y, Liu J Y, Wang X G 2005 Acta Phys. Sin. 54 1636 (in Chinese) [吴 迪, 宫 野, 刘金远, 王晓刚 2005 54 1636]

    [11]

    Wu D, Gong Y, Lei K M, Liu J Y, Wang X G, Liu Y, Ma T C 2010 Acta Phys. Sin. 59 4826 (in Chinese) [吴 迪, 宫 野, 雷凯明, 刘金远, 王晓刚, 刘 悦, 马腾才 2010 59 4826]

    [12]

    Gong Y, Zhang J H, Wang X D, Wu D, Liu J Y, Liu Y, Wang X G, Ma T C 2008 Acta Phys. Sin. 57 5095(in Chinese) [宫 野, 张建红, 王晓东, 吴 迪, 刘金远, 刘 悦, 王晓刚, 马腾才 2008 57 5095]

    [13]

    Hansel T, Nickel A, Schindler A 2008 Optical Fabrication and Testing (OFT) JWD6

    [14]

    Wang G H 1988 Physics of Reciprocity Between Particle and Solid (Beijing: Science Press) p7 (in Chinese) [王广厚 1988 粒子与固体相互作用物理学(北京:科学出版社)第7页]

  • [1]

    Marcel D, Michael Z, Frank A 2010 Proc. SPIE 7591 75910Y

    [2]

    Shanbhag P M, Feinberg M R, Sandri G 2000 Appl. Opt. 39 599

    [3]

    Fujiwara K, Pahlovy S A, Miyamoto I 2011 Microelectronic Eng. 88 2527

    [4]

    Gailly P, Collette J P, Renson L, Tock J P 1999 Proc. SPIE 3739 124

    [5]

    Jiao H F, Cheng X B, Lu J T, Bao G H, Liu Y L, Ma B, He P F, Wang Z S 2011 Appl. Opt. 50 C309

    [6]

    Park J H, Lee K S, Kim J N 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 9593

    [7]

    Olivier B. Duchemin 2001 Ph. D. Dissertation (Pasadena: California Institute of Technology)

    [8]

    Sigmund P J 1973 Mater. Sci. 8 1545

    [9]

    Liu J S 1995 The Technology and Application of Ion Beam (Beijing: National Defence Industry Press) p50 (in Chinese) [刘金声 1995 离子束技术及应用(北京: 国防工业出版社)第50页]

    [10]

    Wu D, Gong Y, Liu J Y, Wang X G 2005 Acta Phys. Sin. 54 1636 (in Chinese) [吴 迪, 宫 野, 刘金远, 王晓刚 2005 54 1636]

    [11]

    Wu D, Gong Y, Lei K M, Liu J Y, Wang X G, Liu Y, Ma T C 2010 Acta Phys. Sin. 59 4826 (in Chinese) [吴 迪, 宫 野, 雷凯明, 刘金远, 王晓刚, 刘 悦, 马腾才 2010 59 4826]

    [12]

    Gong Y, Zhang J H, Wang X D, Wu D, Liu J Y, Liu Y, Wang X G, Ma T C 2008 Acta Phys. Sin. 57 5095(in Chinese) [宫 野, 张建红, 王晓东, 吴 迪, 刘金远, 刘 悦, 王晓刚, 马腾才 2008 57 5095]

    [13]

    Hansel T, Nickel A, Schindler A 2008 Optical Fabrication and Testing (OFT) JWD6

    [14]

    Wang G H 1988 Physics of Reciprocity Between Particle and Solid (Beijing: Science Press) p7 (in Chinese) [王广厚 1988 粒子与固体相互作用物理学(北京:科学出版社)第7页]

  • [1] 肖懿鑫, 朱天翔, 梁澎军, 王奕洋, 周宗权, 李传锋. 聚焦离子束加工的硅酸钇波导中铕离子的光学与超精细跃迁.  , 2024, 73(22): 220303. doi: 10.7498/aps.73.20241070
    [2] 朱海龙, 李雪迎, 童洪辉. 三维数值模拟射频热等离子体的物理场分布.  , 2021, 70(15): 155202. doi: 10.7498/aps.70.20202135
    [3] VasiliyPelenovich, 曾晓梅, 罗进宝, RakhimRakhimov, 左文彬, 张翔宇, 田灿鑫, 邹长伟, 付德君, 杨兵. 气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应.  , 2021, 70(5): 053601. doi: 10.7498/aps.70.20201454
    [4] 毕欣, 黄林, 杜劲松, 齐伟智, 高扬, 荣健, 蒋华北. 脉冲微波辐射场空间分布的热声成像研究.  , 2015, 64(1): 014301. doi: 10.7498/aps.64.014301
    [5] 谭再上, 吴小蒙, 范仲勇, 丁士进. 热退火对等离子体增强化学气相沉积SiCOH薄膜结构与性能的影响.  , 2015, 64(10): 107701. doi: 10.7498/aps.64.107701
    [6] 喻晓, 沈杰, 钟昊玟, 屈苗, 张洁, 张高龙, 张小富, 颜莎, 乐小云. 强脉冲离子束辐照薄金属靶的热力学过程研究.  , 2015, 64(17): 175204. doi: 10.7498/aps.64.175204
    [7] 熊飞, 杨杰, 张辉, 陈刚, 杨培志. 原子轰击调制离子束溅射沉积Ge量子点的生长演变.  , 2012, 61(21): 218101. doi: 10.7498/aps.61.218101
    [8] 陈立宝, 虞红春, 许春梅, 王太宏. 离子束辅助沉积硅薄膜负极材料的研究.  , 2009, 58(7): 5029-5034. doi: 10.7498/aps.58.5029
    [9] 宫 野, 张建红, 王晓东, 吴 迪, 刘金远, 刘 悦, 王晓钢, 马腾才. 强流脉冲离子束辐照双层靶能量沉积的数值模拟.  , 2008, 57(8): 5095-5099. doi: 10.7498/aps.57.5095
    [10] 朱洪涛, 楼祺洪, 周 军, 漆云凤, 董景星, 魏运荣. 千瓦级双包层光纤激光器冷却方案设计理论和实验研究.  , 2008, 57(8): 4966-4971. doi: 10.7498/aps.57.4966
    [11] 何丽静, 林晓娉, 王铁宝, 刘春阳. 单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究.  , 2007, 56(12): 7158-7164. doi: 10.7498/aps.56.7158
    [12] 袁宁一, 李金华, 范利宁, 王秀琴, 谢建生. 离子束增强沉积制备p型氧化锌薄膜及其机理研究.  , 2006, 55(7): 3581-3584. doi: 10.7498/aps.55.3581
    [13] 朱洪涛, 楼祺洪, 漆云凤, 董景星, 魏运荣. LD侧面抽运Nd:YAG陶瓷激光器运转条件下归一化热参数优化理论及实验研究.  , 2006, 55(10): 5221-5226. doi: 10.7498/aps.55.5221
    [14] 朱洪涛, 楼祺洪, 漆云凤, 马海霞, 董景星, 魏运荣. 钛宝石激光器端面抽运Nd:YAG陶瓷激光器热沉积理论和实验研究.  , 2005, 54(12): 5648-5653. doi: 10.7498/aps.54.5648
    [15] 李金华, 袁宁一. 离子束增强沉积VO2多晶薄膜的温度系数.  , 2004, 53(8): 2683-2686. doi: 10.7498/aps.53.2683
    [16] 廖梅勇, 秦复光, 柴春林, 刘志凯, 杨少延, 姚振钰, 王占国. 离子能量和沉积温度对离子束沉积碳膜表面形貌的影响.  , 2001, 50(7): 1324-1328. doi: 10.7498/aps.50.1324
    [17] 廖梅勇, 张键辉, 秦复光, 刘志凯, 杨少延, 王占国, 李述汤. 质量分离低能离子束沉积碳膜及离子轰击效应.  , 2000, 49(11): 2186-2190. doi: 10.7498/aps.49.2186
    [18] 韩理, 王晓辉, 于威, 董丽芳, 李晓苇, 傅广生. 电子助进热丝化学汽相沉积金刚石薄膜.  , 1997, 46(11): 2206-2214. doi: 10.7498/aps.46.2206
    [19] 王友年, 马腾才, 宫野. 重离子束在热靶中的电子阻止本领与有效电荷数.  , 1993, 42(4): 631-639. doi: 10.7498/aps.42.631
    [20] 张广基, 许少鸿. 测量场致发光电功吸收的量热法.  , 1962, 18(5): 250-253. doi: 10.7498/aps.18.250
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-16
  • 修回日期:  2012-06-14
  • 刊出日期:  2012-11-05

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