激光功率密度对Ge烧蚀蒸气动力学特性的影响

建立了一维半导体Ge激光烧蚀模型,对不同功率密度的紫外激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟,并对计算结果进行了分析,得到激光功率密度对烧蚀过程以及蒸气膨胀动力学特性的影响。结果表明,激光功率密度的变化对烧蚀过程影响非常大。照射的激光功率密度越大,靶的表面温度越高,蒸发深度、烧蚀蒸气温度和膨胀的速度、相应蒸气膨胀的空间尺度也越大,且等离子体屏蔽现象出现得越早。在给定的烧蚀条件下,等离子体屏蔽的阈值在1×108~1.5×108W/cm2之间。     

低能量密度下飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金靶材的微观相变行为

运用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用,研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明,超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时,压力波传播引起了热能的弛豫。脉宽为100 fs,功率密度为20~35 mJ/cm2的激光与靶材作用时,烧蚀产生的压力波在其传播过程中诱导靶材发生了相变,并形成三明治结构。     

激光微烧蚀掺碳PVC推进性能研究

激光微烧蚀靶材产生的力学性能是表征激光微推进性能的重要指标,相关研究一直是激光微推进领域内讨论的热点。掺碳是一种提高激光与靶材耦合性能的重要手段,能够一定程度上改善激光微推进性能,不同掺杂程度所获得的推进性能也不同。采用单脉冲输出功率较低的半导体激光器和功率较高的YAG激光器,分别测量了不同功率密度和能量注入情况下,微...     

激光烧蚀微推力器聚合物靶材的烧蚀特性

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为烧蚀靶材,以纳米碳粉和红外染料作为掺杂剂,采用微尺度羽流观测系统对GAP靶材的喷射羽流图像进行了观测,分析了掺杂浓度、靶材厚度及激光烧蚀模式对GAP烧蚀特性和推进性能的影响。结果表明,在激光烧蚀过程中,未掺杂吸收剂的GAP靶材利用率非常低;掺杂纳米碳粉后,靶材的推进性能显著增强,但对靶材厚度的依赖性较强,厚度较薄的掺杂纳米碳粉的GAP适合作为透射式激光烧蚀微推力器的靶材;掺杂红外染料后,聚合物的气化程度显著提高,透射式下厚度对羽流喷射的影响较小。红外染料适合作为反射式激光烧蚀微推力器聚合物靶材的掺杂剂。     

光场力对烧蚀物时空分布的影响

对烧蚀物的时空分布进行了研究。烧蚀物离开靶材表面时的速率分布由蒸发机制决定,在激光作用时间内烧蚀物的传输行为由扩散机制和光场力机制共同决定,激光作用结束后烧蚀物的传输行为由扩散机制单独决定,并解释了烧蚀物的时空分布及烧蚀物趋光运动的现象。     

双温方程用于飞秒激光烧蚀金属的模拟分析

讨论了双温模型在不同近似下的电子热传导率对于模拟飞秒激光烧蚀金属过程中靶材的电子温度和晶格温度分布的影响,用有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金属靶的过程的温度场进行了一维数值计算,以铜靶为例给出了靶材电子与晶格温度分布随时间和深度的演化规律并进行了分析,结果表明不同近似下电子热传导率对于模拟温度分布计算结果有着重要的影响。     

YAG连续激光对玻璃钢材料的破坏效应研究

文中主要采用ＹＡＧ 连续激光对玻璃钢材料进行了实验研究，通过实验总结了以环氧树脂玻璃钢材料的破坏机制：主要以烧蚀为主，靶面经激光辐射环氧树脂首先出现热解，随后激光能量继续传入靶材深层将玻璃纤维烧熔、烧断最后形成碳化，同时用波导法对玻璃钢材料在不同激光功率密度下烧蚀后对透过率的影响进行了测量。     

金属掺杂PVC靶材在两种激光辐照下的激光推进实验研究

为了研究各类工质在不同激光器作用下的性质,采用TEA-CO2以及YAG激光器,对纯PVC靶材以及纳米/微米金属颗粒掺杂的PVC复合靶材进行了烧蚀测试,发现各种靶材在两种激光照射下的性能相差各异。在YAG激光照射下,各种靶材测试的冲量耦合系数均大于在TEA-CO2激光照射下的测量值,而比冲则正好相反;使用TEA-CO2激光器下的推进效率略高于YAG激光器。通过对烧蚀率的测试,确认了各种材料在不同激光下的烧蚀深度不同,而掺入金属后的靶材可以有效地减小烧蚀深度。     

激光烧蚀法制备NiSO4/Ni(Ac)2纳米粒子

硫酸镍与乙酸镍的混合晶体经研磨成 2 μm的颗粒后 ,压制成直径为 10mm的薄片作为靶材 ,以TEACO2 激光辐照 ,得到粒度为 10至 2 0nm的NiSO4/Ni(Ac) 2 纳米粒子 ,其中含少量Ni2 O3 。气体产物为水和乙酸。激光功率密度为 10 8W .cm-2 量级。讨论了激光作用的机理。本文提供了一种用激光烧蚀法制备其化学成分与靶材尽可能相似的纳米粒子的方法     

高功率脉冲激光产生的激波在靶材中的传播

脉冲强激光辐照固体靶材时,瞬间即可在靶材辐照面形成一个高温高压的等离子体层.该等离子体向外高速喷射,从而施于靶面一个压力极高的冲击加载,导致一系列向靶内传播的压缩波.随着激光的持续辐照,陆续传入靶内的压缩波会形成一个阵面陡峭的激波.当激光强度保持恒定时,施于靶面的烧蚀压力亦保持不变,因而此时靶内的激波阵面压力会维持一个平稳阶段.在激光与靶材作用的后期,由于激光功率密度减小,表面烧蚀压降低,因而将一系列稀疏波传入靶内,由于稀疏波以当地声速和波阵面后粒子声速之和的速度传播,则经过一段时间之后,稀疏波便赶上激波并与之迭加,其结果使得激波波阵面压力降低.激光激波在靶材中同样经历着增强、持续和衰减三个阶段.文中采用流体动力学模型,解析地描述了脉冲强激光辐照靶材时,激波的产生及增强、维持和衰减规律,给出了激波峰值压力、激波速度、激波波形的时空关系.     

移动线形激光破岩耦合场仿真分析及实验研究

将激光技术与传统钻井技术相结合以实现高效破岩在油气开采领域具有极其重要的价值与前景。目前国内对静止点光束作用于岩石的破碎规律有一定的研究,而未对移动及不同形状激光束作用于岩石的破碎规律做相关研究。本文以实际钻井工况为背景,建立线形激光能量场分布数值模型,通过传热学相关理论建立了移动线形激光温度场分布数值模型。采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对移动线形激光作用花岗岩过程进行了热力耦合瞬态仿真,得到了移动线形激光作用花岗岩温度场的分布规律,以莫尔-库伦破坏准则为依据,仿真模拟了激光热应力作用下花岗岩的破损形貌。通过实验数据与仿真结果对比,验证了移动线形激光破岩温度场分布数值模型的合理性。由激光辐照前后花岗岩密度、孔隙度、单轴抗压强度的变化程度,得到了上述参数下激光对岩石损伤的相关数据,对合理匹配激光、机械两部分相关参数提供了一定数据支撑。     

强激光辐照铝靶温度分布数值模拟及实验研究

采用喷砂、磨砂、镀金表面处理工艺得到了铝靶的激光能量耦合系数。从经典傅里叶热传导方程出发,建立了强激光辐照铝靶下铝靶温度场分布数值模拟理论模型。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下铝靶的温度场分布,给出了连续均匀光斑和高斯光斑辐照下,不同表面处理工艺的铝靶所对应的最大温升。开展了铝靶强激光辐照验证实验,利用热电偶实际测量得到了辐照激光光斑中心对应的铝靶背表面最大温升,该实验结果与计算结果吻合较好。对铝靶前表面的烧蚀形貌进行了分析,与理论计算的温度场分布情况相符合,验证了数值模拟的有效性。     

强脉冲激光金属表面烧蚀热场的数值仿真

用有限差分法对强脉冲激光难熔金属表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值仿真计算。计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Ｇａｕｓｓ分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响。文章应用交替方向隐式方法建立差分方程,对该数学模型进行计算,数值模拟了难熔金属钛、钼在强脉冲激光烧蚀下的温度场变化,并将数值解与热导方程的解析解进行了分析     

激光烧结陶瓷温度场的数值模拟

根据热传导理论，推导出了激光烧结陶瓷过程中的热传导方程;并采用数值模拟的方法，编写了基于有限差分法的计算机程序。在此基础上，分别模拟计算了在各种不同的烧结工艺条件下，CO2激光辐照Al2O3陶瓷的温度场,结果表明,采用激光辐照的办法烧结陶瓷可以使陶瓷在短时间内达到很高的温度。此外，还计算了烧结过程中材料的温度随空间的变化曲线,结果表明,平行于激光辐照方向的温度梯度大小不随烧结时间变化而只与激光功率有关，激光功率越大温度梯度越大。研究还发现：垂直激光辐照方向的温度梯度的大小取决于激光束的功率密度分布和光斑大小。     

激光微造型中烧蚀热场及弹坑的数值模拟

在摩擦副表面激光微细加工技术中,为了确定其表面形貌,采用有限差分法对激光微造型中的烧蚀温度场和烧蚀产生的弹坑进行了数值模拟,计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射脉冲激光在空间以高斯分布考虑,模拟出了激光微造型中靶材的温度场分布和变化规律,以及弹坑的深度和直径,进行了理论分析和实验验证,将此模拟结果(弹坑直径和深度)和现有文献中的实验进行比较,得到了良好的一致性.这对于激光微造型技术的理论研究是有帮助的.     

激光辐照层合板的数值模拟与试验对比

对激光辐照复合材料层合板的应力应变进行模拟分析,获得了应力应变场分布及其变化规律。数值模拟首先获得试件各点随激光辐照时间变化的温度场,然后将温度场导入并分析了试件的热应力和热应变。结果显示：沿纤维方向应力由中心的最大拉应力过渡到距光斑边缘约5 mm处的最大压应力后逐渐减小;垂直纤维方向应力在光斑内及其附近均是压应力;Mises应力在光斑中心处最大并随各位置到中心距离的增大而减小。热冲击使各点应力在辐照初期产生波动,光强越大,波动的时间点越早。为了验证数值分析模型,在激光辐照的复合材料层合板正面光斑周围粘贴应变片,用动态应变仪测试多点的应变并与数值结果进行对比,数值模拟应变与实测应变吻合较好,最大相对误差为18.4%。     

Ti表面脉冲激光氮化成膜温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钛表面脉冲激光生成氮化钛薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算。模型主要考虑了入射的脉冲激光在时间与空间上的Gauss分布特性 ,以及工件的有限尺寸 ,工件材料热物理性质的温度依赖关系 ,对流辐射造成的表面热损失。此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化。     

多光束大气激光通信中激光光源的温度场分析

针对所设计的多光束大气激光通信(MALC)系统,建立了激光光源温度场分析的仿真模型,运用热分析软件FLUENT对激光器(LD)的温度场进行了数值仿真,得到了温度场的分布曲线。结果表明,当气流速度大于5m／s时,风冷可以保证发射机终端的最高温度小于LD的安全工作最高温度,可作为MALC的有效散热方式。     

高功率激光对光电器件的热-力破坏效应

热-力破坏效应是导致光电器件激光损伤的重要因素.以激光与材料相互作用机理为基础,建立了激光辐照光学材料、光电器件的热-力学模型,并对其温度场分布和热应力场分布进行了解析求解.在此基础之上,对激光对K9玻璃、类金刚石薄膜、胶合透镜和HgCdTe探测器的热-力破坏效应进行了数值分析和实验研究.     

破碎激光辐照材料的数值仿真软件研发

基于有限元分析方法,建立长脉冲激光辐照材料的三维轴对称数值仿真模型,然后通过对破碎激光光斑的网格剖分来获取有限元的激光数据。为了对比分析材料分别在实际和理想高斯激光下的瞬态温度场和热应力分布差异,来研究复杂传播环境对激光加工的影响,通过该仿真模型,用Java语言研发了激光与物质相互作用的数值仿真软件。