单个脉冲作用下熔融石英的温度和热应力研究

理论研究单个激光脉冲作用光学材料的温度和热应力分布模型,根据脉冲特征,分别建立适用于短脉冲和长脉冲的温度分布模型;进一步建立单个脉冲作用下的热应力模型。以熔融石英为例数值计算和分析了单个脉冲作用下的温度和热应力分布。研究结果表明,如果只求解单脉冲结束时的温度分布,长脉冲和短脉冲模型计算结果一致。单个激光脉冲辐照熔融石英,材料温度升高,如果温度达到材料融化或汽化温度,将导致材料的熔融汽化破坏,另一方面,在焦点区域温升不均匀,将导致热应力产生,如果热应力达到材料的力学破坏阈值,将诱导材料的热应力损伤。     

基于飞秒激光的石英刻蚀参数探讨

主要从实验角度研究了在波长 780 nm飞秒激光作用下石英的烧蚀, 给出了石英烧蚀孔径与能量的关系, 计算出石英的烧蚀阈值为 1.06 J/cm2。并研究了光阑对孔径的影响, 能量、扫描速度、扫描次数与微槽宽度和微槽深度的关系。     

长脉冲高能激光与半导体材料的热作用分析

在入射激光光斑半径远远大于材料热扩散长度的条件下,应用固体热传导理论,使用有限元方法建立了相关模型.对长脉冲(脉宽1 ms)强激光与半导体材料si和Ge的热作用进行了分析,定量地描绘出了材料的温度分布,得到了不同能量激光辐照下靶材前、后表面中心点温度历史,以及不同能量激光辐照下的靶材后表面的温度分布情况.所得结果为高能量激光的应用提供了依据.     

飞秒激光刻蚀石英工艺研究

为了探究石英晶体飞秒激光刻蚀工艺,本文使用波长为1030 nm、重复频率20 kHz、脉冲宽度290 fs的飞秒激光系统研究了飞秒激光参数、定焦点与变焦点扫描以及飞秒激光裂片技术对刻蚀石英材料的影响。首先研究了飞秒激光扫描次数、扫描速度及离焦量对刻蚀石英微槽的影响规律。其次对比分析了定焦点扫描与变焦点扫描对微槽形貌的影响,最后研究了飞秒激光裂片石英材料技术。研究表明,在激光单脉冲能量为60μJ,扫描速度4 mm/s,扫描次数为50条件下获得槽宽为32μm,深宽比达2.2的石英微槽;相较于定焦点扫描,变焦点扫描时微槽侧壁趋近于直壁状态,微槽壁面角从56°降低至34°;当扫描次数增加到一定程度时会在微槽底部诱导裂纹的产生,微裂纹进一步扩展形成切面,裂纹扩展区切面质量明显高于飞秒激光烧蚀区。     

由周期型强激光脉冲引起的光学元件的温度分布

在本文中,我们根据强激光脉冲的重复频率较低,脉宽窄的特点,把介质在一个周期中受辐照的温升分为辐照阶段和辐照后热扩散阶段处理。在充分考虑辐照脉冲的周期性特征后,得出了稳定周期运行的系统中光学元件上的温度分布。     

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.     

熔融石英激光切割表面形貌的研究

通过对熔融石英性质的简要介绍，分析了激光加工石英材料的可行性，初步探讨了激光切割的熔化表面、熔化面和熔化层的形成机理，并结合实验研究。分析了激光切割石英的典型表面形貌。这对理解激光加工熔融石英过程，控制加工质量有着重要意义。     

LD侧泵浦Nd∶YAG板状介质温度特性的理论研究

利用有限差分法对LD侧面泵浦Nd∶YAG板状激光器介质的二维温度分布进行了数值计算.与用热像仪实际测得的结果比较,温度变化趋势吻合.根据计算结果重新设计激光晶体的冷却方案,改善了温度的分布,光束质量因子M2从6.7减小到3,提高了激光输出的光束质量.     

LD侧泵浦Nd:YAG板状介质温度特性的理论研究

利用有限差分法对LD侧面泵浦Nd:YAG板状激光器介质的二维温度分布进行了数值计算。与用热像仪实际测得的结果比较,温度变化趋势吻合。根据计算结果重新设计激光晶体的冷却方案,改善了温度的分布,光束质量因子M2从6.7减小到3,提高了激光输出的光束质量。     

视频累积提高激光探测信噪比的方法研究

为了研究多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的途径的有效性,以噪声的统计特性为基础,理论分析了多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的基本原理,并通过数值仿真和实验验证了视频累积提高激光探测信噪比的可行性。结果表明,当脉冲累积数N较小时,通过多脉冲视频累积可以提高激光回波探测的信噪比N1/2倍,与视频累积结论一致;但当N大于一定值之后,由于系统带宽、A/D转换精度和采样率等因素的影响,使信噪比随累积脉冲数的变化明显偏离了N1/2指数规律。该研究为进一步通过多脉冲视频积累探测改善激光回波探测的信噪比,实现强噪声背景下的弱信号检测提供了理论和实验基础,对提高半导体激光测距系统的探测能力有着直接的指导意义。     

熔石英玻璃激光损伤的三维应力场研究

为了研究CO₂激光损伤后熔石英玻璃内部的三维应力场分布,采用脉冲CO₂激光与熔石英玻璃相互作用的有限元数值模型,计算了脉冲激光停止时熔石英玻璃内部的温度分布,并研究了材料冷却后的内部三维应力分布和表面初始损伤形貌,计算结果与实验结果吻合。以该模型为基础,详细分析了径向和环向应力的三维分布,结果表明,在损伤凹坑附近,径向应力表现为压应力,且在凹坑底部附近取得最大值后,径向应力沿深度方向逐渐转化为拉应力;损伤凹坑附近的环向应力与径向应力相似,均表现为压应力,但压应力沿径向逐渐转化为拉应力,不同深度处的环向应力沿轴向增至最大后逐渐减小。另外,脉冲激光能量的增大导致径向应力与环向应力及其影响范围均有明显增加。研究结果有助于分析激光损伤熔石英玻璃内部的三维应力场,为CO₂激光修复工艺的改进提供了理论依据。     

薄板表面激光处理温度场有限元计算及半解析模拟

建立了计算材料表面激光热处理温度场有限元程序,以薄板为例讨论了边界条件的选取,研究了激光功率和工件移动速度对温度场的影响并与半解计算进行了比较。     

基于红外测温的方形热设备内壁温度的推算

利用红外热像仪获得热设备外表面温度分布,经人工分析,并进行导热反问题研究,可获得设备内部信息。文中以方形工业加热炉为模型,利用炉墙外壁的红外扫描测温结果,求出其内壁的温度分布。数值实验表明,结果满足工程要求。     

激光淬火温度场及材料性能的数值模拟

从相变理论和热弹塑性理论出发,并结合激光淬火实验资料,建立了考虑相变过程、温度场和变物性系数的非线性耦合热传导方程;建立了相变组织与材料性能的数值计算模型。然后用有限元法进行了温度场、相变组织分布、材料性能的数值模拟。通过计算与试验结果的比较,计算结果令人满意。在获得激光淬火最佳工艺参数、预测材料性能方面有一定的实际应用价值和理论研究价值     

固体热容激光工作物质瞬态温度和热应力分布

文章利用有限差分法,对激光二极管阵列泵浦的热容激光器片状Nd∶YAG和Nd∶GGG晶体进行了非稳态热传导下温度分布数值计算与对比分析;并计算了Nd∶YAG晶体热应力分布,对热容激光器的实验工作有一定的参考价值。     

纳秒激光加工石英微通道的实验与理论研究

利用调Q Nd…YAG激光器输出的1064nm纳秒脉冲激光聚焦在石英上,分别采用激光热加工法和激光诱导等离子体法加工微通道。热加工的通道长度可控,通道周围产生热裂纹;诱导等离子体加工的微通道内壁光滑,通道深度可达4mm。研究了激光热加工微通道时的温度场和热应力分布,分析了激光诱导等离子体加工微通道的过程。研究表明,激光热加工时温度场的存在导致热应力的产生,热应力超过石英断裂阈值使石英发生炸裂,导致微通道的形成及热裂纹的产生;激光诱导等离子体法由于等离子体屏蔽效应产生的高温等离子体烧蚀石英形成微通道,避免了热裂纹的产生。     

超短激光脉冲烧蚀铜材料的数值模拟

使用约化后的双温方程（DTE）对超短激光脉冲烧蚀铜薄层的过程进行了数值模拟；基于超短激光脉冲烧蚀过程中电子与晶格的温度不平衡性，分别模拟了这两个系统的温升过程，并由此得到了单脉冲烧蚀深度；通过变化激光能流，研究了脉冲能量对烧蚀深度的影响。模拟结果表明，随着激光能流的增加，相变爆炸引起的喷射出现得越深，同时材料烧蚀深度越大；理论计算与实验结果相吻合。     

激光生物热作用的一维瞬态温度分布规律研究

采用数学物理方程的定解求法解一维热传导偏微分方程 ;讨论结果的物理意义 ,与相关实验作对比分析。结果表明 ,激光热源在一维生物组织空间引起的温升一般随时间呈指数形式增大 ;随激光照射处的距离呈指数形式减少。     

感应加热参数对激光沉积修复基板温度场的影响

利用ANSYS有限元中的"生死单元"技术,在基板修复区和近修复区施加不同预热温度,模拟分析激光沉积修复过程温度场的影响规律;利用感应加热装置对TA15基板进行不同距离、不同基板厚度以及不同感应加热器形状的加热实验,并采用红外热像仪实时测量采集基板上表面温度,分析了不同加热参数对基板温度场分布的影响规律,为激光沉积修复过程中预置基体表面温度场的实时调控提供依据。     

Molecular Dynamics Analysis of the Effect of Laser and Defects on the Micro-Structure of Fused Silica

In this work, the classic molecular dynamics simulations are employed to investigate the atomic structural modification of fused silica with defects as laser irradiation. The dynamics evolution of the atomic structure of fused silica is modeled during energy deposition. The structure parameters such as pair distribution functions (PDFs), bond angle distributions (BADs), and the coordination number are given. The calculated results reveal that fused silica undergoes significant changes in terms of Si-O, Si-Si, and O-O bond lengths, Si-O-Si and O-Si-O bond angles, and the Si and O coordination numbers during laser irradiation. The effects of different surface defects on the micro-structure of fused silica are discussed too. The simulation results of molecular dynamics may help to understand the role of defects in the radiation effect of fused silica.