強激光作用下銅靶表面燒蝕行為研究.pdf

1、高能納秒脈沖激光由于技術(shù)相對成熟，近二十年來被廣泛地應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用。到目前為止，大量研究激光燒蝕的理論工作，都是預(yù)先定義一個能用數(shù)學(xué)表達式描述的光束，例如高斯光束、平頂光束等，而不是使用的從激光器諧振腔輸出的實際光束。 本文根據(jù)高能激光器的性質(zhì)，分析了激光器內(nèi)部的非穩(wěn)定共焦諧振腔的特點。根據(jù)非穩(wěn)定共焦諧振腔的特點，利用快速傅里葉變換，研究激光光束的傳輸特性，得到環(huán)形激光束的遠場光強和相位分布。用根據(jù)快速傅里葉變換得到的

2、遠場激光束照射銅靶表面，研究激光燒蝕靶材的溫升、相變和產(chǎn)生的等離子體沖擊波的傳播特性。結(jié)合激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體沖擊波的運動方程，基于氣體動力學(xué)連續(xù)性方程、歐拉方程、N-S方程和能量方程，建立起二維氣體動力學(xué)模型。通過有限元軟件的計算，給出了激光照射在銅靶表面產(chǎn)生的等離子體沖擊波的空間分布和瞬態(tài)演化過程，并且給出了等離子體沖擊波和流場的分布。激光脈沖的作用下，等離子體燒蝕產(chǎn)生羽輝的瞬態(tài)演化分為兩個階段：初始階段的基本過程是激光輻照吸收，

3、靶面加熱和蒸發(fā)。在此階段，基本過程可以看做一維熱傳導(dǎo)問題。激光輻照的能流可以被認為在靶材表面形成了一個熱源，根據(jù)熱傳導(dǎo)方程和邊界條件，得出靶材表面的溫度分布和相變情況；在第二階段，基本過程可以看做是二維軸對稱相變過程。利用κ-ε湍流模型，根據(jù)傳輸方程得到湍流動能κ和耗散系數(shù)ε。用有限元軟件求解蒸汽膨脹和蒸汽與環(huán)境氣體的相互作用。給出不同時間的等離子體沖擊波在銅靶表面的壓強分布以及壓強隨時間的變化。 本文主要的研究目的：第一，從內(nèi)