脉冲激光大气传输热晕数值分析

由于大气通道上介质对激光能量的吸收,改变了大气折射率,形成自散焦负透镜,从而产生热晕。热晕使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输。以准直高斯光束为例,模拟单脉冲和序列脉冲激光大气传输,对均匀风场和无风两种情况下激光在不同靶程光束截面的光强分布进行了数值分析。结果表明：长脉冲比短脉冲受到非线性热晕效应影响大;序列脉冲存在一个最优化脉冲间隔,使上靶光强存在20%~30%的涨幅。最后,在没有采用自适应光学系统对畸变进行补偿的情况下,提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法。     

激光空泡溃灭过程的数值计算

提出了激光空泡溃灭的简单计算模型。在确定初始状态时考虑并减去整个溃灭过程中的热传导和水蒸气在空泡壁面的凝结与蒸发因素,这样在计算过程中空泡内的水蒸气质量不变,同时考虑了整个溃灭过程中水的可压缩性。研究了半径1 mm激光空泡的溃灭过程。空泡壁的最大溃灭速度可达1172.8 m/s,空泡中心的最高压强可达8.8728×108 Pa,最高温度11038 K,最小半径15 μm。该模型简单实用,激光空泡初始条件的确定,为研究激光空泡与弹塑性固体壁面的相互作用打下了基础。     

3相移DFB激光器的数值分析

分析了３ 相移激光器的稳态特性。在分析中,考虑了空间烧孔（ＳＨＢ） 及非线性增益等因素。在通用的传输矩阵法（ＴＭＭ） 的基础上,通过对ＴＭＭ 模型的输入进行向量处理来求解阈值及高于阈值条件下的主模及次模,进而求出单模稳定性。这个方法也可用于其他ＤＦＢ 结构的模分析     

激光淬火热致残余应力的数值分析

在分析温度、相变、应力的相互耦合关系的基础上,讨论了相变条件的数学模型和相应材料性能改变的方程,提出了反映相变影响的温度场控制方程,导出了含相变的热弹塑性本构方程,应用有限元进行了温度场、应力场的计算.     

激光加热时冷冻生物组织内解冻过程的数值模拟

对激光加热时冷冻生物组织内的解冻过程进行了数值模拟。结果发现,虽然激光对生物组织的加热具有容积加热的特点,但以激光为热源时,生物组织内的解冻过程仍然呈现出与普通热源加热时的解冻过程相似的规律。组织吸收系数对解冻过程有较大影响,吸收系数越高,组织解冻过程越趋于普通热源加热时的解冻过程。     

Numerical analysis of the cooling structure of side-pumped solid laser

针对侧面泵浦固体激光器的强制对流冷却结构,利用CFD软件Ansys Fluent数值分析了在冷却结构中添加分流隔板对流动状况的影响,计算了特定流量时冷却结构的压降,并在该冷却条件下得到增益介质自身的温度分布。计算结果表明:分流隔板对冷却结构整个阻力的影响可以忽略,但对通道内水流状况具有明显的影响,由于板条两侧水流的不对称性以及同一侧水流的不均匀性,导致增益介质自身的温度分布也存在较大的不一致。     

高功率光纤激光器喇曼效应的数值分析

为了研究掺镱双包层高功率光纤激光器的结构参量对喇曼效应的影响,利用数值模拟方法求解有关抽运光、激光和斯托克斯波的稳态速率方程组,得到了激光和斯托克斯波在光纤轴向的分布特性,以及喇曼阈值抽运功率与光纤激光器结构参量的关系.结果表明,当光纤激光器采用大模面积、短腔长、小斯托克斯波辐射截面和长激光波长的结构参量时,能显著提高喇曼阈值抽运功率,降低喇曼效应.     

外载荷对激光弯曲成形影响的数值研究

为了研究外载荷对板材激光弯曲成形的影响,建立三种数值模拟工况:无外载荷作用下的激光弯曲成形、外载荷协同作用下的激光弯曲成形和外载荷作用后的激光弯曲成形,并采用顺序热应力耦合分析技术进行数值模拟。首先对板材模型进行传热分析获得瞬态温度场,然后将其导入三种模拟工况进行位移场的准静态分析。结果表明:施加朝向激光束工作面的弯矩能够有效提高板材的弯曲程度,其中外载荷作用后的模拟工况提高的效果最为显著;施加背向激光束工作面的弯矩会使板材发生反向弯曲,并在激光束终点的位置产生位移场的边界效应。     

激光激发材料中近场声表面波的数值模拟

用有限元方法数值模拟了激光热弹机制下激发材料中的声表面波,分别建立了激光照射无表面缺陷的材料以及含有矩形凹槽缺陷情况下声表面波激发与传播的模型,通过数值计算分别得到了无表面缺陷和存在不同深度表面缺陷的情况下,位于激光光斑辐照半径内固定一点的垂直于材料表面方向的位移曲线.进而计算了固定缺陷尺寸情况下位于入射激光光斑半径之外几百微米范围内各点垂直于材料表面方向的位移.     

激光场中电子与氢原子的非弹性碰撞

导出了低频激光场存在时电子与氢原子非弹性碰撞的N光子吸收微分截面公式和有关的求和规则。对高能区域做了计算和讨论。     

YAG激光晶体热致双折射的非线性分析

为了克服线性模型在描述高功率运转的激光晶体时,热焦距和热致双折射计算值与实测值不符的缺点,采用非线性热传导模型,计算了常用[111]切割方向Nd:YAG激光晶体的热致双折射椭圆分布以及径向和切向热焦距。进行了平均热焦距数据测量和旋转线偏振光干涉实验,实验结果与理论分析吻合。结果表明,非线性模型对Nd:YAG激光晶体在高功率运转时的描述更符合实际情况,普适性更强。这一结果对于设计高功率径向或切向偏振固体激光器是有帮助的。     

组束激光大气传输远场功率密度的数值分析

从组束激光的耦合效率出发,对组束激光的输出功率进行了估计,结果表明该输出功率可以达到105瓦量级。基于此功率量级对组束激光的远场平均功率密度进行了分析,结果表明在弱湍流和热晕条件下,组束激光的有效作用距离约为km量级,具有一定的战术应用能力。     

强激光系统中硅镜变形数值分析

本文运用数值传热学中全隐差分格式交替方向块迭代法,对周边绝热强激光照射非稳态条件下硅镜的温度及挠变形进行了数值模拟,给出了形变随激光功率、光斑直径、镜片直径、镜片厚度以及照射时间等参数的变化规律,并对镜片局部最高温度的变化作了探讨和分析.     

激光扫描球形偏心引起误差的理论分析

为了研究激光测距扫描仪在测量过程中,由于激光扫描中心与被测球形中心存在一定偏心距时对激光扫描精准度的影响,采用数形结合与公式推导的方法,对偏心距e导致的激光扫描偏差值进行了理论分析,建立了数学模型和公式推算验证,分析了影响激光扫描轮廓偏差几个因素之间的相互关系,得到了当随着半径R增大,偏心引起的误差不会超过2e的结论。结果表明,通过对提出的偏心误差修正方法进行公式验证,将扫描中心与被测球形中心两坐标轴等效变换至同一坐标系下,可减小偏心距e对激光扫描轮廓造成的偏差影响。     

表面性质变化材料中激光声表面波的数值计算

;激光激发超声波为评价材料近表面弹性性质提供了有效的手段,考虑到由于冲击硬化、表面热处理、表面氧化等引起的金属材料近表面层弹性性质的变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发超声波的理论模型,用有限元方法(FEM)模拟了热弹条件下脉冲激光作用于材料上表面激发出的声表面波及其传播过程.当表面层"变硬"时,讨论了不同的硬化层厚度和不同的弹性性质的变化对激光声表面波的影响.为进一步研究近表面层的弹性性质及材料性质的反演提供了理论依据.     

半导体薄片激光器窗口散热模式的热效应

基于垂直外腔面发射半导体激光器窗口散热模式的传热模型,用有限元法计算了不同条件下量子阱有源区的温度变化,建立了量子阱最高温度的等效热阻模型和计算公式,并通过拟合确定了热阻模型的相关参数.计算表明量子阱最高温度与抽运功率存在线性关系,与光斑面积近反比关系,窗口散热片可显著降低量子阱有源区温度和温度的不均匀度.等效热阻模型表明由于半导体晶片内热流在径向难以扩散,热传导中存在较大串联热阻,使得散热片热扩散能力趋于饱和,其中碳化硅的散热性能约为金刚石的75%.     

基于激光光热法的固体热扩散率数值分析

固体材料的热扩散率对于研究低温非稳态导热过程极为重要,为了研究固体材料在低温下的热扩散率,本文根据热扩散理论模型计算样品材料在不同温度时的热扩散率,在此基础上基于激光光热法对热扩散率与激光频率和相位之间的函数关系进行了数值模拟,数值计算结果与实验数据对比表明两者基本相符,研究表明激光光热法可对固体材料的热扩散率进行有效测量,样品材料在低温下热扩散率的数值模拟表明20～80 K温区样品材料热扩散率随温度变化而显著变化,80～300 K温区材料热扩散率变化较小。     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

304不锈钢激光微抛光的数值模拟与分析

为了将激光抛光金属表面的过程可视化,本文建立了脉冲激光抛光304不锈钢的二维瞬态数值模型,模拟了脉冲激光作用下304不锈钢表面形貌的演变过程,揭示了抛光过程中传热、熔化和凝固等物理过程的演化机制。模拟结果表明,与连续激光抛光相比,脉冲激光会使抛光表面产生细小的波纹,但是整体上空间曲率会减小,能够起到一定的抛光效果。在表面形貌的演化过程中,表面起伏较大的区域,由毛细力主导熔池内熔体的流动,其主要作用是消除具有大区率的表面形貌;表面曲率较小的区域,则由热毛细力占据主导地位,其主要作用是促使熔融金属在熔池中重新分布,进一步降低表面的粗糙度。为了验证 仿真模型的正确性,通过与实验结果的比较,发现模型熔池深度与实验结果相符合,具有较高的模拟精度。