学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
短脉冲激光对材料的作用及破坏机理研究
作 者: 李东海
导 师: 陈发良
学 校: 中国工程物理研究院
专 业: 光学
关键词: 短脉冲激光 电介质材料 光学膜系 破坏阈值 传输特性 热波理论
分类号: TN249
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 109次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
本文用理论分析和数值模拟方法,对短脉冲激光对光学材料的作用及破坏过程,重频脉冲激光对光学膜系的破坏特性以及短脉冲激光加热材料时的强瞬态热传导效应进行了探讨,重点放在理论模型的比较选择、完整计算模型的建立及对计算结果的定量规律分析。对于电介质材料,基于Fokker-Planck方程描述导带电子的增长过程,计算了不同脉宽,不同波长的激光对SiO2材料的破坏阈值,得到了与实验相符的结果。尽管激光波长通过三种途径对材料破坏阈值的确定产生影响,但三者共同作用导致不同波长激光对材料的破坏阈值随脉宽变化曲线很接近,材料破坏阈值一般随脉宽减小而减小。讨论了在破坏过程中碰撞电离与光致电离对破坏阈值所产生的影响。当激光脉宽大于1ps时,碰撞电离对材料的破坏起主要作用。当激光脉宽小于1ps时,光致电离对破坏阈值的影响越来越明显,但是碰撞电离仍然重要。将激光传输方程与电子动力学方程联立,得到不同波长和脉宽的激光辐照下材料内部各处的电子数密度以及激光电场强度随时间的变化。根据这些结果,讨论了不同能量密度的脉冲激光辐照SiO2材料时反射、透射及能量沉积情况,随着激光能量密度的增大,反射和沉积的能量都将增加,而透射的能量将减少。在特定脉宽下,材料的破坏深度随着激光能量密度的增加达到最大值,之后缓慢下降。激光脉宽越大则破坏深度的最大值越大。对于光学膜系,在驻波场理论基础上,用表面和界面强吸收模型,计算了重频脉冲激光辐照下高反膜中温度场分布变化。通过与单脉冲激光辐照情形的对比,发现在一定条件下重频脉冲激光对膜系热效应可以等效的简化为总能量密度相同,加热时间也相同的单脉冲激光的情况。对于相同能量密度的单脉冲激光,由于热量扩散作用影响,脉冲时间越长,达到的最终温升就越低。在不同波长激光作用下膜系的温升效应及破坏阈值有很大差别。为了分析短脉冲激光辐照下材料中强瞬态热传导效应,分别基于经典傅立叶热传导理论和非傅立叶热波理论计算了脉宽为5ns、5ps两种脉冲激光作用下铝和不锈钢(金属材料热扰动传播行为更明显)靶材中温度场的分布及变化。发现当激光脉宽远大于材料弛豫时间时,经典傅立叶热传导和非傅立叶热波两种理论所得的结果基本一致,热波效应可以忽略;当激光脉宽接近或小于材料弛豫时间时,非傅立叶理论计算结果与傅立叶热传导的结果分离,显示出明显的热波效应。
|
全文目录
摘要 4-6 Abstract 6-10 第1章 绪论 10-15 1.1 激光对材料的作用及破坏研究背景和意义 10-11 1.2 脉冲激光对材料的破坏研究进展 11-13 1.3 本文主要研究内容 13-15 第2章 脉冲激光对电介质材料破坏的微观机理和理论计算 15-28 2.1 微观物理过程和破坏机制 15-18 2.2 基于Fokker-Planck理论的计算建模 18-22 2.3 计算结果与讨论 22-27 2.4 小结 27-28 第3章 脉冲激光在电介质材料中的传输和材料破坏深度 28-44 3.1 理论讨论 28-30 3.2 计算建模 30-32 3.3 计算结果与讨论 32-43 3.4 小结 43-44 第4章 重频脉冲激光对光学膜系的破坏特征 44-54 4.1 引言 44-45 4.2 理论模型 45-47 4.3 计算结果与讨论 47-53 4.4 小结 53-54 第5章 短脉冲激光作用下的热波效应 54-62 5.1 引言 54-55 5.2 理论模型 55-57 5.3 计算结果及讨论 57-61 5.4 小结 61-62 第6章 结论与展望 62-65 6.1 全文总结 62-63 6.2 问题与展望 63-65 致谢 65-66 参考文献 66-68 个人简历 68
|
相似论文
- 雨滴特性及对激光信号传输的影响,P412.22
- 偏振复用差分正交相移键控信号的传输特性研究,TN929.1
- 基于轨道电路的重载货运车辆信号传输技术的研究,U284.2
- 超短脉冲激光与透明电介质相互作用的研究,TN249
- 非线性吸收系数与泵浦超短脉冲激光时空结构关系的研究,O437
- 领结形中空表面等离子体光波导的传输特性研究,TN252
- 蝴蝶形中空表面等离子体光波导的传输特性,TN252
- 激光光束在梯度折射率介质中的传输特性研究,O436
- 表面附近光剥离电子的波包动力学研究,O413.1
- 基于有限体积法的超短脉冲激光瞬态辐射研究,TK124
- 基于带隙理论的管路系统振动特性研究,TB123
- 两种新型表面等离子体光波导的传输特性研究,TN252
- 光波传输特性测试多通道数据采集技术研究,P427.1
- 室内空气稳定性数值模拟及试验研究,X51
- 钻井液连续压力波QPSK信号的构建及沿定向井筒传输特性的研究,TE254.1
- 基于钻柱的随钻数据声波传输技术的研究与开发,TE921
- 部分相干列阵激光束通过湍流大气的传输特性研究,O436.1
- 电解射流—激光复合加工技术基础研究,TG662
- 基于BPSK的电力线载波组网通信技术的研究与实现,TN913.6
- 连续掺镱光子晶体光纤激光器理论和实验研究,TN248
中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
© 2012 www.xueweilunwen.com
|