激光诱导薄膜的热致损伤分析与仿真

发布时间：2020-06-21 22:09

【摘要】：研究薄膜的激光损伤机理,在保证薄膜具有良好性能的基础上不断提高光学薄膜的损伤阈值,一直是高功率激光薄膜的重点关注的研究内容。所以,分析薄膜的激光损伤,探究大功率、高能量激光与薄膜彼此作用的过程、现象和结果,必然会有利于关于大功率、高能量激光应用的诸如材料工程学、薄膜光学、工程热力学等新的基础学科的产生与发展,给予这项研究相当重要的学术意义。在激光的诱导下,光学介质薄膜吸收激光能量经过累积形成热能,最终导致光学薄膜内的温度发生变化。局部温度变化升高在光学薄膜内形成热应力,热能和应力彼此之间的转化、作用从而导致薄膜的熔化、破裂等损伤现象。在这个过程中,局部温度的上升通过热传导的方式向周围介质扩散热量,形成光学薄膜中的温度场。本文通过在薄膜内部运用热力学知识建立热传导方程,对热传导方程进行积分变换求解,得到薄膜内部的温度场分布,使用MATLAB对温度分布进行了仿真分析,并且仿真计算的结果和数值求解的结果分析是一致的,从而验证了求解的正确性,获得的温度分布是可靠的。仿真计算的结果也可以直观的得到了薄膜内部温度沿径向和厚度方向的温度分布以及不同激光参数下分布曲线,得到了温度随激光参数变化的规律,并且还获得了薄膜内部温度场三维分布图像;最后还设计了操作的窗口界面,使整个仿真计算过程更好操作,方便实用。仿真结果表明了理论计算求解的温度场解的正确性,理论计算的解又反过来很好的解释了仿真结果,二者相辅相成,共同为薄膜设计与制备以及激光薄膜损伤识别研究提供了理论基础和依据。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：

高斯光束,辐照,激光光束,圆柱坐标

入射激光光束的峰值光强； f 指的是能量与薄膜表薄膜厚度相关的函数、 g 指的是能量与时间相关的模、高斯分布，那么在 t =0的时刻激光光束垂直辐收符合指数规律，则有：( )( )( )( ) ====Δ Δ 222022220002tttzrrhtemzefrerEIαπ的吸收率；0E 为激光能量；0r 为激光光斑半径；α的半宽度； r, z分别为脉冲激光的圆柱坐标下的半束作用光学介质模型

示意图,激光辐照,薄膜,偏微分方程

图 3.3 激光辐照薄膜示意( ) ( ( ) == 02,,0,,TrztTTrztKTrtCρ( ) ( = =002,,,,TTTrztCKTrztttρ 已知的函数。通过积分变换简化定解问题的特杂不能直接求解，可以通过进行积的偏微分方程就转变成常微分方换，就可以得到原偏微分方程的解

【参考文献】