点阵列光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟.docx

1、点阵列光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟 点阵光源辐照石墨盘温度场的COMSOL模拟 （一）光源阵列组成及辐照均匀性预览 (2015-10-1） 北京东之星应用物理研究所 伍 勇 物理专业（凝聚态物理方向），文档执笔及软件绘图 贺 宁 计算机专业，新产品研发及技术总监 贺令渝 技术物理专业, 高级工程师，传统RTP产品原创关键词：点阵光源，石墨盘，热传导偏微分方程，COMSOL模拟，Si晶片热处理， 高斯光束，MATLAB，Mathematica，Flash动画， RTP(Rapid Thermal Processing)1）光源几何 为增加光源有效辐照光强的均匀性和光通量，我们采用具有轴

2、对称的卤钨灯阵列如图，54 盏灯分布在54格点处，类似六角蜂 房密排方式。这里给出六盏灯点阵的MATLAB源码，网上看到有学生在寻找答案：*ccclccleara=0,0; 0.5,0.866; 1.0,0; 0.5,-0.866; -0.5,-0.866; -1,0; -0.5, 0.866;data=a;x0=data(:,1);y0=data(:,2);r=0.46theta=0:pi/50:2*pi;for i = 1:length(x0)x=x0(i)+r*cos(theta);y=y0(i)+r*sin(theta);plot(x,y,-b, LineWidth,3);axis s

3、quare; xlim(-5 5)ylim(-5 5)fill(x,y, 1,0.4,0.4)plot(x0(i),y0(i), ow, MarkerSize,7);hold onend*cc2）高斯光束不失一般性，每个灯盏都近似用高斯函数(Gaussian function)表达光强的空间钟形分布(Bell-cuve)，2D高斯分布函数为：其一维函数图形如图：调整，可得到不同锐度的曲线，当，其2D函数图像如是： 对比泊松方程，理想点源的图形如下： 3）多个高斯光束的叠加 当叠加个数n=6时，合成光强分布如是：其x-y平面投影如图： n=54灯阵列的光强叠加分布:对应x-y平面的投影如图可预览

4、光源总光强分布，在此说明灯具保障温度均匀性的几个要点：（1），石墨导热系数较高，铜397 W/m.k，铁80 W/m.k，不同厂家不同型号的石墨材料导热系数不一样，大约在100-1500，不失一般性，计算暂用COMSOL提供的数据：150W/m.k（300K）（2），石墨盘旋转，抹平旋转方向温度的起伏（3），点阵密排设计，可人工柔性调整每盏灯的输出功率，以微调盘面温度的不均匀。（4），中心点不易散失热量，不放置灯位，实验表明也能保证允许的温度差异且便于安装灯具。 （二）石墨盘温度场的COMSOL模拟1）热传导偏微分方程2）结果石墨表面温度场：石墨圆盘边缘点处温度-时间的变化：80秒,120秒,360秒时刻，沿石墨盘径向rm变化的温度TK曲线：温升过程的Flash动画演示双击exe-运行，查看全屏时按Esc键返回石墨温度场的等值面3）Si片在石墨上 Si片整体瞬间（计算结果：0.01秒）均匀达到石墨圆台的恒定温度（计算设定1000K）。整体装置示意图（简化处理后的理论模型）：Si片表面温度场:Si片边缘点处温度-时间的变化结束：深谢XX文库，小木虫和道客巴巴的帮助让我们研修受益。