连续激光辐照半导体材料的温度场

根据连续激光加热靶材的实际情况,建立了连续激光辐照半导体材料的一维物理模型。采用数值计算方法——有限差分隐格式法,利用matlab软件数值模拟了连续激光辐照半导体材料的温升过程,分析了激光参数和辐照时间对半导体材料温升的影响。结果表明：靶材温升区域主要集中在激光辐照区,靶材的温升随着激光功率密度和辐照时间的增加而升高．     

强激光辐照下硅材料的温度分布研究

激光辐照光电系统极易造成光电探测器件的干扰或破坏。为此研究了连续强激光对半导体材料的辐照效应,应用积分变换的方法,建立了平顶型的连续激光辐照硅材料的二维非稳态温度分布模型。研究发现：圆形平顶激光辐照硅材料靶,激光作用区域内的温度由光斑中心向四周逐渐降低,在作用区域边缘处温度变化比较明显;不同辐照时间下对应的靶材前表面温度的整体分布情况是大致相同的;在一定的激光功率密度和辐照时间条件下,材料靶表面的温升和靶材半径负相关。     

薄膜-基底式管材中脉冲激光产生的温度场

基于材料的热物理参数随温度的变化,用有限元方法对脉冲激光作用于薄膜-基底式双层管状材料时产生的温升进行了数值计算.采用铝薄膜和有机玻璃为基底的慢基底快涂层式组合,分别得到了不同时刻薄膜铝和基底有机玻璃中的温度场随径向和周向的分布曲线.计算结果表明:如果薄膜的热扩散系数远大于基底的,则基底中的温升远小于薄膜中的温升,可忽略不计;薄膜中沿周向除了激光辐照范围外,有意义的温升范围很小.     

金属材料中激光产生Lamb波的数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后,产生瞬态温度场进而引起材料表面层的热膨胀,产生超声波．从超声波沿不同方向传播的特性出发,根据激光作用源的特征,建立了热弹性有限元模型,研究了激光和材料相互作用的瞬态过程,包括瞬态温度场和瞬态应力场及其分布．数值模拟结果表明：瞬态温度分布等效于体力源,其中轴向应力将产生纵波,径向应力将产生横波,激光作用在薄金属材料中激发出Lamb波．     

激光辐照下皮肤组织中温度场的理论分析和数值模拟

基于Pennes传热方程，采用更能反映活体组织真实情况的血液灌注率和代谢热产率，从理论上分析了激光作用在生物皮肤组织时所引起的组织温度场变化，给出了皮肤组织温度变化的分析解，数值模拟了激光福照下组织的温度场分析。并讨论了激光辐照时间、组织深度以及生物组织热物性对组织温升的影响。     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

硅材料在强激光作用下的二维温升模拟计算

该文考虑了材料的热物性参数在计算过程中的变化和入射激光的空间分布,采用二维模型,得到Ｓｉ材料在强激光作用下的轴向和径向温升分布,给出了表面层开始溶化的时间和激光功率密度关系,并与一维模型结果进行了比较。     

硝酸银溶液中Zn置换微细Ag粒子的激光辐照银制备法

研究脉冲激光辐照对锌粉置换硝酸银溶液制备银的影响,并用激光辅助合成微细银粒子·添加了激光能量后,激光束能打碎Ag包裹Zn形成的复合粒子,进一步促进置换反应的进行·同时脉冲激光作为热源,可以促使AgNO3发生光热分解反应,产生微小的银粒子,从而提高了Ag的析出率·制备的产物用SEM及能量散射谱仪EDS分析鉴别·由SEM图及能量散射谱EDS图可以看出,经激光辐照与未经激光辐照而制备的两种银粒子的形貌并不相同,添加激光能量后制备的银粒子优于未添加激光制备的银粒子·     

厚铝管中激光激发温度场和瑞利波的模拟

利用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面瑞利波的情况。给出了温度随角向的分布曲线,比较了物理参数随温度变化和不随温度变化两种情况下温度场的区别,并进一步得到了近场区域表面波的时域波形。数值结果表明：在考虑材料物理参数随温度变化基础上得到的近场区域的表面声波中显著的波为掠面纵波和瑞利波,与平板中的类似。为热弹条件下管状材料的激光超声无损检测提供了参考。     

HgCdTe探测器在激光辐照下的温度场模拟

 当强激光辐照光电探测器时,热效应是最主要的破坏机制。探测器表面吸收激光能量导致表面温度升高。温度升高到一定程度,探测器处于非正常工作状态,输出信号失真,不能准确探测信号。而探测器的温度场分布与探测结构和材料的物理性质有很大关系。为研究探测器内部的温度场分布,本文建立了热传导模型,利用Matlab软件数值模拟了激光辐照下探测器内HgCdTe光敏元的温度场分布,并对特定外界环境条件下,激光损伤阈值与胶层的厚度和热导率的关系进行分析,研究结果对探测器激光损伤效应提供有效的理论依据,同时也有助于研究HgCdTe探测器的激光防护性能。     

高能激光损伤低空目标的时间估算分析

为研究高能激光损伤低空目标的损伤效果,对损伤时间做出估算,建立了高能激光大气传输模型,考虑了大气分子衰减、大气气溶胶衰减以及激光斜程传输对激光的衰减作用,考虑了金属材料对激光的吸收作用,建立了激光辐照铝材料损伤的时间计算模型并进行了数值计算分析。数值计算结果表明,高能激光系统对空中目标的损伤在能见度低于15km时,其达到预期损伤效果所需作用时间势必大大增加;激光器功率较大时,功率的增大对损伤时间的影响越来越小;在天顶角大于1rad时,随着天顶角的增大,所需时间也大幅增加。结果对高能激光防御技术的研究有重要的指导意义。     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

激光作用金属板材的温度场和热应力场

基于Von Mises屈服准则和弹塑性本构关系,建立了连续激光辐照金属基体材料的空间轴对称有限元模型.该模型考虑了金属材料在激光作用过程中的热学及力学性质的非线性,计算了光强为高斯分布的激光光束加热钢板时的温度场和热应力场,得到了温度场和热应力场的分布及其随时间的变化规律.通过对结果的分析,认为在激光作用前期热膨胀会造成热应力上升,而后期材料的热软化会导致塑性区域应力水平下降和其他区域应力水平增加缓慢甚至下降.有限元计算结果与已知实验结果的对比表明了有限元法的有效性.     

由激光辐照固体表面引起的非Fourier三维传热问题的解析解

针对激光束瞬间加热物体表面时,材料表面附近温度场变化的问题,建立了基于非傅里叶热传导理论的三维热传导数学模型. 考虑了激光束的聚焦特征,即热量或高温主要集中在光束中心附近的局部区域,且沿材料表面切向呈非均匀分布. 利用积分变换技巧,得到了问题Laplace逆变换的解析形式,从而给出了新的温度场解析解,并据此分析了传热过程中固体内部的温度场演化规律及特征. 数值计算结果显示,该问题的温度场呈现出明显的非傅里叶传热特征,与经典的热传导的扩散形式不同,它是以波的形式进行传热的.      

激光喷丸成形金属板料的研究

激光喷丸成形金属板料是一种新技术.即用高功率短脉宽的强激光辐照板材,当激光诱导的冲击波幅值超过板材的动态屈服极限时,板材的表层产生了不可恢复的微观塑性变形,从而使板材在厚度方向上产生了不均匀残余应力而使板料发生宏观变形.板材变形的形状受激光脉冲参数、冲击次数、喷丸的轨迹以及板材的机械性能等多种因素影响.板料成形后,表面留有有益的残余压应力而延长了零件的疲劳使用寿命.     

摩擦副本体温度的计算模型

本文建立了一个传热系统模型,它只考虑摩擦副接触区的几何形状,表层材料的物理参数和表面上的润滑油的物理参数。通过系统分析和能量方程导出稳定导热方程的定解问题,考虑摩擦副表面和侧面上的润滑油的强迫流动及其对流换热,给出了一个相对简单的摩擦副本体温升的理论解。结果表明,低速情况下,摩擦副接触长度显著影响其本体温升,接触长度愈长,本体温升愈高;高速情况下,接触长度对本体温升影响不大;通过侧面对流换热冷却能有效地降低摩擦表面的本体温升。     

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

飞秒激光与金属作用机理

对脉冲激光沉积过程中激光和金属作用的微观机制进行了深入分析.通过双温方程模拟得到飞秒激光作用金靶材温度随时间变化的图像.该图像反应出激光和金属表面及内部晶格作用特点.进一步分析得知,当晶格温度大于金属沸点时将会产生高能的等离子体.通过数值模拟找出了产生等离子体所需激光的能量阈值,这样能够帮助纳米材料的制备者选择激光,制备出优质的纳米薄膜.