高功率連續(xù)激光對半導(dǎo)體和金屬材料的溫升、應(yīng)力及熔化效應(yīng)研究.pdf

1、自第一臺紅寶石激光器誕生以來，激光技術(shù)飛速發(fā)展。與普通光源相比較，激光具有一系列獨特的優(yōu)點，激光作為一種方向性和單色性好的高能量強(qiáng)光光束，它一出現(xiàn)，就引起了人們的普遍重視，并很快在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)如今，激光技術(shù)已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)之一。其中，激光和材料的相互作用效應(yīng)研究是激光技術(shù)應(yīng)用的一個重要方面，激光加工，激光武器，激光醫(yī)療等領(lǐng)域均以此為基礎(chǔ)。因此，對這一領(lǐng)域的研究具有特別重要的實際意義。

2、　　本文詳細(xì)闡述了材料吸收、反射及轉(zhuǎn)化激光能量的宏觀理論和微觀機(jī)理。根據(jù)Fourier熱傳導(dǎo)理論和熱彈性理論，分析了激光對半導(dǎo)體材料和金屬材料的熱效應(yīng)、應(yīng)力效應(yīng)以及熔化效應(yīng)。
　　首先，建立了連續(xù)激光輻照二維圓板型半導(dǎo)體材料的軸對稱數(shù)學(xué)模型，從熱傳導(dǎo)方程出發(fā)，采用Green函數(shù)法推導(dǎo)了溫度場分布的解析表達(dá)式。其次，由計算的材料內(nèi)部溫度分布，代入熱彈性基本方程組，得到了材料內(nèi)部熱應(yīng)力場分布，分析了材料內(nèi)溫度場和應(yīng)力場隨激光輻照時間和

3、激光功率密度的變化關(guān)系。最后，根據(jù)前述溫度場和應(yīng)力場分布，我們討論了激光輻照半導(dǎo)體材料的熱-力損傷效應(yīng)，并考慮了材料非線性效應(yīng)對模擬結(jié)果的影響。
　　研究了激光對金屬材料的熔化效應(yīng)，建立了一維半無限大模型，基于熱傳導(dǎo)理論和溫度分布形式，根據(jù)金屬材料對激光吸收的特點，求得了固相區(qū)和液相區(qū)的溫度分布，分析了不同金屬表面到達(dá)熔化和汽化溫度的時間。
　　本文的研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究激光與材料的相互作用中的溫升、應(yīng)力、熔融、汽化、等離