1 北京应用物理与计算数学研究所 北京 100094
2 中国工程物理研究院研究生院 北京100088
建立了重频脉冲激光加热/烧蚀半导体材料物理模型, 在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下, 采用有限元方法数值模拟了硅和锗两种半导体材料前、后表面的升温和烧蚀深度变化规律, 考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明, 材料前表面升温曲线呈齿状, 与金属情形类似; 后表面呈阶梯状, 表现出与金属材料的差异。与连续激光相比, 重频脉冲激光更有利于半导体材料的加热和烧蚀。
重频脉冲激光 有限元方法 表面温度 激光烧蚀 repetitive pulse laser finite element method surface temperature laser ablation
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下，数值模拟了金属材料前、后表面的温升特性和烧蚀深度变化规律，考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明，材料前表面温升曲线呈齿状；激光占空比越小或者材料越薄，材料后表面温度越高，烧蚀越深；与连续激光相比，重复频率脉冲激光更有利于金属材料的加热及烧蚀。
激光技术 激光烧蚀 有限元方法 重复频率脉冲激光 中国激光
2016, 43(10): 1001006
北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100088
采用流固耦合方法，数值模拟了高速流场中激光作用下来流速度对平板温度分布的影响。结果表明:无激光辐照时，高速气流中平板有较高的气动生热平衡温度，且平板-气流之间的换热系数随来流速度增大而增大；在平板前沿换热系数增长最快，沿平板长度方向增速趋于平缓。分析了激光辐照时高速气流中激光加热平板的温度分布情况，考察了来流速度不同时，气动生热、散热和激光辐照对平板温度的影响，给出了激光辐照后的温升情况和温度分布，分析了在不同速度来流下，对流散热、摩擦生热和激光加热之间的竞争关系，结果表明，平板温度具体分布主要是加热过程竞争的结果。
气动加热 对流散热 激光辐照 流固耦合 热竞争 aerodynamic heating forced convection cooling laser irradiation gas-solid coupling thermal competition
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2 中国工程物理研究院 研究生部, 北京 100088
基于Pokker-Planck方程, 建立一个描述短脉冲激光作用下电介质材料中导带电子能量分布随时间变化的模型, 用数值方法计算电子能量分布与电子数密度随时间的演化过程, 根据临界等离子体密度准则得到了不同激光脉冲宽度和波长下电介质材料(以SiO2为例)的破坏阈值。结果发现, 尽管激光波长通过3种途径对材料破坏阈值的确定产生影响, 但三者的共同作用导致在激光波长分别为1 060, 800, 532 nm时材料破坏阈值随脉宽变化曲线十分接近。讨论了碰撞电离、光致电离两种机制对材料激光破坏分别所起的作用: 当激光脉宽大于1 ps时, 碰撞电离对材料的破坏起主要作用; 当激光脉宽小于1 ps时, 光致电离对破坏阈值的影响越来越明显, 但是碰撞电离仍然不可忽略, 碰撞电离与光致电离同时起重要作用。
短脉冲激光 Fokker-Planck方程 碰撞电离 光致电离 破坏阈值 short-pulse laser Fokker-Planck equation impact ionization photoionization damage threshold
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2 中国工程物理研究院研究生部,北京 100088
用一维模型,计算了脉宽为5ns、5ps两种情形的脉冲激光作用下铝和不锈钢靶材中的强瞬态热传导问题。对每种情况,分别基于经典傅立叶热传导理论和非傅立叶热波理论来计算温度场的分布及变化,并将得到的数值结果进行比较。发现当激光脉宽为ns量级时,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;当激光脉宽为ps量级时,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。
短脉冲激光 非傅立叶热传导 热波理论 数值计算 short-pulse laser non-Fourierian thermal conduction thermal wave theory numerical calculation
从电子密度速率方程出发,建立短脉冲激光辐照下SiO2材料中导带电子增长简化模型,计算了SiO2中光致电离速率和电子雪崩速率,得到SiO2激光损伤阈值与脉冲宽度的关系,计算分析了光致电离和碰撞电离两种电离机制在导带电子累积过程中的不同作用.结果表明:脉冲较长,碰撞电离几乎能提供全部的导带电子,激光损伤阈值与脉宽的0.5次方成正比;脉冲较短时,导带电子主要由碰撞电离产生,光致电离提供碰撞电离的初始电子,激光损伤阈值随着脉宽的减小,先增加后减小.
碰撞电离 光致电离 激光损伤 阈值 强激光与粒子束
2007, 19(11): 1771
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2 中国工程物理研究院研究生部,北京,100088
对光学材料激光辐照下传热、相变烧蚀,采用有限差分全隐格式,在相变区采用潜热叠加到比热的方法,编制了一维程序.研究了光学材料Si在不同功率密度、不同脉宽的激光辐照下的传热、相变烧蚀速度和深度.计算结果表明,相变烧蚀速度和深度定量决定于激光能量沉积率大小,也取决于热传导能量损失和相变潜热耗能之间的相互竞争关系.
光学材料 激光辐照 熔化 汽化 烧蚀 optical material laser irradiation melting vaporization ablation
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2 中国工程物理研究院研究生部,北京,100088
基于空间球对称热弹性理论,从热传导、热应力方程出发,计算了含强吸收杂质Pt的石英和K9玻璃在激光脉冲辐照下的温升场和应力分布,同时考虑杂质强吸收汽化相变行为,发现含强吸收杂质的光学玻璃的激光损伤,主要是由于温度梯度引起的热应力和杂质汽化蒸汽压的作用的结果.由于不同的热物理和力学性质,当杂质没有汽化时,石英玻璃中的热应力不会达到断裂强度,杂质汽化产生的压力是石英玻璃破坏的主要原因;对K9玻璃,即使杂质没有达到汽化温度,K9玻璃中的温度梯度产生的热应力也会超过其抗压强度而导致破裂,杂质汽化后的蒸汽压增大了破坏的程度.此外,分析了杂质颗粒大小对材料激光损伤阈值的影响,发现存在一个最有害的颗粒尺寸,含该颗粒尺寸杂质的材料激光损伤阈值最低.
激光脉冲 光学玻璃 损伤机理 杂质 Laser pulse Optical glass Damage mechanism Inclusion
用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形,推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解,以此计算结果与实验值相比较,分析了白宝石、石英两种窗口镜在激光辐照下的热变形情况.分析结果表明,在激光束辐照的4s时段内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区内,在镜面内远未拉平,由此引起的厚度方向热膨胀变形也很不均匀.材料对激光的吸收系数和热膨胀系数以及热扩散率分别是决定热变形量值大小和空间分布的最主要的物性参数.
光学窗口 环形分布激光束 热变形 Optical window Annularly-distributed laser beam Thermal deformation
