L'équipe de l'Université Westlake développe de nouveaux métaux SiC avec des capacités de gestion thermique prometteuses pour les systèmes laser à haute puissance

Le groupe de recherche dirigé par le professeur Min Qiu de l'Université Westlake a développé avec succès un nouveau métalène homogène 4H-SiC (carbure de silicium),offrant une solution unique pour lutter contre la dérive thermique dans le traitement laser à haute puissance.

En tirant parti de la haute conductivité thermique et des caractéristiques de faible perte du 4H-SiC, les nouveaux métallens suppriment efficacement la dérive thermique sans avoir besoin de systèmes de refroidissement externes complexes.

Cette percée fournit non seulement un soutien crucial pour les systèmes laser de haute puissance, mais ouvre également de nouvelles possibilités dans l'instrumentation de précision, l'exploration polaire, l'aérospatiale et d'autres domaines.Dans les applications exigeant une précision d'usinage et une qualité de surface extrêmement élevées, les métallens 4H-SiC peuvent jouer un rôle essentiel dans la fourniture d'une solution plus efficace et compacte pour les systèmes laser à haute puissance.

Le document connexe, intituléLes métaux 4H-SiC: atténuation de l'effet de dérive thermique dans l'irradiation laser à haute puissancea récemment été publié enMatériaux avancésLes résultats de l'enquête

Une nouvelle stratégie pour lutter contre la dérive thermique dans le traitement laser à haute puissance

Les chercheurs ont observé un problème récurrent dans la découpe de précision laser à haute puissance: le fonctionnement à long terme entraînait une accumulation de chaleur dans les lentilles,déformant les éléments optiques internes et dégradant la consistance et la morphologie de l'usinage.

Cela provient de l'absorption partielle de l'énergie laser par les composants optiques, qui est convertie en chaleur.la surchauffe locale est due à une dissipation de chaleur inefficace.

Pour résoudre ce problème, l'équipe a fabriqué un métalens 4H-SiC transparent avec des milliards de nanopillars (200 ‰ 400 nm de diamètre et ~ 1 μm de profondeur) conçus sur sa surface.

Grâce à l'indice de réfraction élevé du SiC, en réglant les dimensions des nanopillars, nous pouvons manipuler la phase optique et obtenir des performances de mise au point comparables à celles des lentilles commerciales.Combiné avec sesconductivité thermique élevée"L'efficacité de la dissipation de chaleur est réalisée dans un dispositif beaucoup plus fin", a déclaré Boqu Chen.

Démonstration expérimentale d'une excellente stabilité thermique

Dans des conditions industrielles simulées, l'équipe a comparé leurs métallens 4H-SiC avec un objectif commercial de premier plan de Mitutoyo au Japon.Irradiation laser pulsée de 1030 nm pendant 1 heureDans le cas de l'objectif 4H-SiC, les métallens n'ont montré qu'une augmentation de température de 3,2 °C, avec un décalage focal d'un dixième seulement de celui observé dans les objectifs traditionnels.

Le refroidissement conventionnel repose généralement sur des anneaux de refroidissement à l'eau externes pour éliminer la chaleur, ce qui augmente la complexité du système, le coût, la consommation d'énergie et les émissions de carbone.

En revanche, la solution à base de métallens ne nécessite pas de composants de refroidissement supplémentaires le simple montage de la lentille permet une extraction rapide de la chaleur à l'état solide, ce qui permet unefonctionnement à long terme tout en simplifiant l'utilisation et la maintenance.

À la production de masse

Plusieurs types de métallenses SiC ont maintenant été fabriqués pour différentes applications, avec des efforts en cours pour réduire les coûts et augmenter le débit.La technique a déjà été appliquée en collaboration avec plusieurs entreprises et institutions.

Les métallenses 4H-SiC devraient accélérer l'application de systèmes laser à haute puissance dans des environnements de plus en plus exigeants.

Grâce à notre expertise dans les matériaux SiC, nous sommes en mesure de fournir une gamme complète de produits à base de SiC, y compris:

4H-SiC et 6H-SiCsous-produits(grade de recherche et d'appareil, 2 à 6 pouces)

Plaquettes épitaxales en SiC(type n/type p, HPSI, épaisseurs et dopage personnalisés)

de qualité optiqueFenêtres et lentilles à SiC

Substrats de SiC à motifspour les appareils optoélectroniques et MEMS

Autres machines à coudreComposants en SiC(diffuseurs de chaleur, miroirs laser, pièces de précision)

Je suis désolée.

Veuillez nous faire savoir si vous souhaitez des fiches de données, des devis ou des solutions sur mesure pour votre application.

Références

1. Chen, B., et al.4H-SiC métalens: atténuation de l'effet de dérive thermique dans l'irradiation laser à haute puissance.Matériaux avancés, 2024, 2412414.Il a été établi par le ministère de l'Intérieur de l'Union européenne.202412414