空心激光与光学薄膜作用产生温度场的数值模拟与分析

发布时间：2020-07-30 18:13

【摘要】：众所周知,光学薄膜作为可改变光束传输特性的光学器件已被广泛的应用在光学仪器、照明设备和光通信等方面。研究能量特殊分布的激光作用于光学薄膜所产生热和应力现象具有重要意义。为考察空心激光辐照下光学薄膜的温度场及应力场分布特征,本文基于传热学及弹性力学理论,建立空心激光辐照光学薄膜产生的温度场与应力场物理模型。利用有限元方法数值求解热传导方程和热弹性方程,获得在任意时刻下膜层和基底的温度场与应力场。借助于所建物理模型,本文对增透膜和高反膜两种情况分别进行讨论,系统研究并总结了在空心激光作用下温度与应力的分布特征,以及空心激光能量密度、暗斑半径对目标材质温度和应力影响规律。通过对数值结果的分析发现:在空心激光辐照期间,温度和应力均存在环形分布特征,在暗斑半径附近温度和应力出现峰值,增大激光能量和减小暗斑半径均可以提高温度和应力强度。由于空心激光能量的空间分布特点,光学薄膜不同位置上温度随时间的变化趋势存在明显差异,在光学薄膜中心点处有能量汇聚现象,因此中心点温度在激光停止辐照后仍能继续上升。此外,增透膜表面温度和应力与基底表面处差异不大,而对于高反膜情况,温度和应力在膜层与基底表面间相差较明显。此外,对比温升曲线和应力曲线发现,应力将先于温度到达破坏临界值。因此光学薄膜应先发生应力损伤后发生热损伤。本文所得数值结果可为空心激光对以Ge为基底的增透和高反膜产生热应力的研究提供必要的仿真数据支撑。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2;TN249

【参考文献】