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《长春理工大学》 2013年
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长脉冲激光辐照K9基SiO_2/HfO_2光学增透膜温度场特性研究

苏畅  
【摘要】:针对热传导问题,论文从傅里叶热流定律出发,结合热平衡关系和牛顿冷却定律,建立了理想情况下激光作用靶材的热力学模型,分析了模型的边界条件,并基于有限差分法,在考虑激光束空间光场分布的前提下,给出了平顶光束辐照K9:SiO2/HfO2情况下温度场方程的解。在此基础上,简要讨论了由材料能量吸收和热传导引起的靶材的应力问题。 基于建立的长脉冲激光辐照靶材诱导损伤的物理数学模型,在不考虑靶材与周围环境的热交换(空气对流)、基底与膜层以及膜层间的热交换的前提下,并假设激光损伤靶材只是由热以及热应力引起的条件下。从热传导方程出发,研究了ms脉冲激光辐照K9玻璃和K9基镀膜靶材时的温度场及热应力特性,得到了激光辐照期间及其辐照后一段时间内激光辐照区及其周围各个时刻点的温度场分布,镀膜器件基底和与之相邻的膜层间以及膜层间的温差和应力分布,分析了这些温度和应力信息对于分析激光与物质作用的现象的重要作用。 分析结果表明,当激光能量稍大于薄膜材料的损伤阈值时,如果薄膜材料吸收的激光能量产生的热应力超过了其应力极限时,将导致薄膜的破裂或脱落,其损伤位置在平顶光束的边缘;如果薄膜材料的应力破坏阈值比较高,在材料引起熔融之前还不足以脱落或破裂时,当膜材吸收的激光能量引起的温升达到了熔点时,将产生熔融。
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