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Yuan Dong
Author with expertise in Inverse Radiative Heat Transfer Analysis
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Multivariate optimization effectiveness model of single-longitudinal-mode laser under pre-laser Q-switching regime

Chang Liu et al.May 29, 2024
The optimal effectiveness model for optimizing the system parameters was established in this study by combining the optimization function based on the pre-laser Q-switching technique. By introducing boundary conditions to solve the rate equations, the specific process of composite mode selection is analyzed, and the specific pre-laser modulation time interval that enables single-longitudinal-mode laser output is obtained. Furthermore, through the established efficiency evaluation function for single-longitudinal-mode laser output characteristics, with the maximization of single-pulse energy as the objective, an energy efficiency analysis of relevant parameters in the mode selection components is conducted. The model we have established is universal, which can accurately control the pre-laser Q-switching process and reveals the inherent logical relationship of the relevant parameters in composite mode selection. The output characteristics of a single-longitudinal-mode Q-switching laser can be predicted and adjusted under the condition of high pump injection. Both simulation and experimental results confirm the effectiveness of the model.
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P‐1.9: Enhanced Stability Under Positive Bias Temperature Stress of Ln‐Doped InZnO Thin Film Transistors Fabricated with Back‐channel‐etch Structure

Juncheng Xiao et al.Apr 1, 2024
Lanthanide‐doped indium zinc oxide (Ln‐IZO) was employed as the active channel layer (ACT) of thin film transistors (TFTs). The, Ln‐IZO, single‐1 ACT‐based TFT exhibited a high mobility and a small threshold voltage shift (∆VTH) within −1 V after 1‐hour negative bias temperature illumination stress (NBTIS). However, the corresponding ∆ VTH of 1‐hour positive bias temperature stress (PBTS) was as large as over 8 V. Optimized stacked structures of the ACT were adopted and obtained a significantly improved stability of PBTS. TFTs based on double‐2 ACT (Ln‐IZO/IGZO‐1) and triple‐2 ACT (Ln‐IZO/IGZO‐1/IGZO‐2) exhibited significantly lower ∆VTHs of 1.79 and 1.62 V under PBTS, respectively. Meanwhile, the excellent NBTIS stability with ∆VTH within −1 V was maintained for both double‐2‐ and triple‐2‐based TFTs. Furthermore, an appreciated VTH uniformity was obtained for triple‐2‐based TFTs, with a narrow range width of only 0.5 V. At the same time, we proposed a PBTS fitting model, using the stretched power‐law function, ∆ VTH = kTr for the deterioration of Ln‐oxide TFTs under long‐term operation. According to the proposed model, the ∆VTH could be maintained within 6 V even after 200‐hour PBTS for TFT based on triple‐2.
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Optimal thermometry theory of three-channel wide spectrum based on three-directional difference

Qiansong Yu et al.Jun 25, 2024
The constant spectral emissivity decoupling method within current wide-spectrum thermometry theories stands as a primary factor contributing to accuracy degradation. This creates a deadlock in the current radiation thermometry framework, where the system’s two-dimensional analytical capabilities and resolution accuracy cannot be concurrently achieved, becoming a major theoretical obstacle in the development of this technique. Consequently, based on the Taylor series de-integration method under the wide spectral framework, and taking the first and second derivative terms of spectral emissivity as the starting point, a wide spectral optimization temperature solution theory based on three-directional difference method is proposed. It ensures compatibility and stable solving conditions for imaging systems, while fundamentally removing the dependency on the constantization of spectral emissivity treatment, and realizing the decoupling and inversion of three-channel spectral emissivity. The handling effects of different cutoff precision differential methods on spectral emissivity derivatives are discussed, and the temperature and spectral emissivity solving capabilities of the method are theoretically validated under various spectral emissivity models. Furthermore, this method is used to monitor the continuous temperature rise processes of two different samples. Maximum average relative temperature calculation errors below 6% and 5% are achieved, and the target spectral emissivity variation rate and trend are well reproduced, yielding conclusions consistent with simulations.
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A study on the high mobility and improved reliability of Pr-doped indium zinc oxide thin film transistors

Juncheng Xiao et al.Jun 5, 2024
Abstract It is generally accepted that there is a trade-off relationship between mobility and stability for oxide thin film transistor (TFT) devices. Different doping ratios of Ln praseodymium (Pr) into indium (In) zinc (Zn) oxide have been employed as the active layer to get 1# and 2# amorphous oxide semiconductor (AOS) TFTs in this work. The 1#-based TFTs exhibited a high mobility of 49.84 cm2 V−1 s−1 due to the increased concentration of In. By further elevating the Pr doping ratio of the film, the 2#-based TFT obtained both a good mobility of 26.65 cm2 V−1 s−1, and a promising stability, showing a positive-bias temperature stress (PBTS) stability of ∆VTH = 1.56 V and a negative-bias temperature illumination stress (NBTIS) stability of ∆VTH = −1.47 V. It was revealed that the low energy charge transfer state of Pr in 2# film absorbs the visible light, leading to suppressed photo-induced carriers and thus a good illumination reliability of the 2#-based TFTs. In practice, the LCD panel based 2# ACT TFT shows a well stable performance even under 10000-nit illumination. The result indicates a promising strategy to accelerate the commercialization of AOS TFTs to large-panel display production.
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Study on heat and mass transfer characteristics of porous media with different pore structures under continuous wave laser irradiation

Shaohui Han et al.May 31, 2024
Abstract The pore structure determined by porosity and particle size will directly affect the remediation efficiency of thermal treatment on contaminated soil. To investigate the remediation capability of continuous wave laser soil remediation technology on soils with different pore structures, this paper establishes a heat and mass transfer model within unsaturated porous media under laser irradiation. Four pore structures were simulated, and the model’s reliability was experimentally validated. Under laser irradiation, energy exchange between the solid and gas phases has a minimal effect on the solid phase temperature. The temperature distribution of the solid phase in the four samples is similar, with the differences primarily arising from moisture content. Interface energy exchange dominated the rise in the temperature of the gas. The intrinsic Nusselt numbers for the four samples were 3.5, 4.4, 4.9, and 6.2, respectively. Laser irradiation causes the Nusselt number to decrease over time, but the relative magnitudes of the Nusselt numbers for the four samples remain unchanged. From the perspective of solid phase temperature, the capability of laser remediation for soils with different pore structures is similar. From the standpoint of gas temperature, the Nusselt number is decisive. However, considering the complex coupling relationship between gas temperature rise and Darcy velocity and evaporation rate, the influence of water saturation and intrinsic permeability cannot be ignored. The research findings can provide a theoretical basis and analytical methods for the efficient laser remediation of soils with different pore structures.
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Study on heat and mass transfer mechanism of unsaturated porous media under CW laser irradiation: with and without carrier gas

Shaohui Han et al.Jan 2, 2025
Abstract The use of laser irradiation to remove contaminants from soil is an emerging soil remediation technology with broad application prospects. The mechanisms of temperature field variations, moisture transport, evaporation, and condensation under conditions with or without a carrier gas during laser soil remediation are still unclear. This paper utilizes a heat and mass transfer model under continuous wave (CW) laser irradiation, established based on local non-thermal equilibrium, to analyze the variation characteristics of the physical field within the soil, with or without introducing a carrier gas. The results show that CW laser irradiation can rapidly heat the soil to the expected remediation temperature (90 °C–560 °C). However, the gas transport speed induced solely by CW laser irradiation within the soil is very limited (on the order of 0.01 mm/s), making it ineffective at removing vapor from the soil. In contrast, using a carrier gas significantly improves gas flow (on the order of 10 mm/s), enhancing both heat and mass transfer processes and assisting in removing contaminants during laser soil remediation. This study elucidates the coupled heat and moisture transfer process in unsaturated porous media under conditions with and without a carrier gas, providing theoretical support for applying laser soil remediation.