建立了激光辐照下光学表面典型锥状缺陷的热损伤分析模型,基于有限差分方法计算了典型缺陷附近的调制光场和温度场分布,得出了缺陷对材料热损伤阈值的影响规律。结果表明，热损伤阈值与入射激光的波长呈正相关，与缺陷的尺寸呈负相关。同一波长激光辐照的情况下，材料表面有1个缺陷存在时，热损伤首先发生在缺陷处，而当多个缺陷存在时，热损伤首先发生在2个缺陷的中间区域，并且多个缺陷要比单个缺陷更易造成损伤；对于不同波长的辐照激光来说，波长为800 nm的激光要比波长为1064 nm的激光更容易使材料产生损伤。
激光器 热损伤阈值 温度场分布 表面缺陷
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
为了提高射流抛光的加工效率, 设计了一种矩形喷嘴结构, 基于并行去除方式来提高工件的去除效率。根据流体力学基本理论, 分析了矩形喷嘴冲击射流流场的结构特性, 并对其流场分布进行了定量计算。基于射流去除理论, 建立了矩形喷嘴的材料去除理论模型, 并对去除量分布进行了计算与比较。详细分析了矩形喷嘴结构参数与去除量之间的关系, 在此基础上对矩形喷嘴进行了优化, 结果表明, 矩形喷嘴长宽比控制在10左右能够得到很好的去除效果。
射流 矩形喷嘴 高速流场 长宽比 去除率 fluent jet rectangle-nozzle high-speed flow field length-width ratio removal rate 强激光与粒子束
2016, 28(7): 071006
四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610064
射流速度和冲击角度会影响冲击射流的动力特性, 对射流抛光的材料去除面型和材料去除量有重要的影响。对冲击射流壁面流场结构进行了分析, 建立了工件壁面上的速度、压力与冲击角度、射流出口速度的数学关系。在分析理想平面的基础上, 重点分析了射流速度和冲击角度的变化对存在表面瑕疵的工件材料去除量的影响。结果表明: 对于理想平面, 当冲击角度大约为30°时, 可得到理想的高斯型面型分布; 对于存在瑕疵的工件表面, 在小角度冲击时更有利于材料的去除; 工件材料的去除量均随着射流速度的增大而增大。
射流速度 冲击角度 表面瑕疵 材料去除量 jet volecity impinging angle surface defects material removal amount
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610065
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为了研究材料表面高频缺陷对损伤阈值的影响规律,针对典型表面圆锥凸起状表面缺陷建立了三维分析模型,使用有限元算法计算了两种不同波长激光辐照下,表面缺陷周围的电场变化规律.基于激光诱导材料产生损伤的场效应理论,对缺陷存在条件下材料的损伤阈值进行了定量计算.结果表明,缺陷的存在会对电场产生明显的放大效应,这将直接导致损伤阈值的下降;损伤阈值与缺陷高度成反比关系,与入射波长成正比关系;缺陷导致的损伤阈值下降幅度会随脉宽增加先减小后增大,当入射波长分别为351 nm和1064 nm时,缺陷导致的损伤阈值下降幅度分别在脉宽为1.80 ps和15.80 ps处最小.
激光 损伤阈值 电场 表面高频缺陷 圆锥凸起 laser damage threshold electric field surface high-frequency defect circular cone protuberance 强激光与粒子束
2015, 27(6): 061021
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
对SiO2和ZnS这两种常用的红外光学材料在红外短脉冲激光辐照下的热损伤特性进行了研究,分析了相同激光辐照条件下两种材料的热效应,另外也针对同种材料不同辐照条件下的热效应进行比较。分析结果表明: 红外激光作用下,SiO2材料的表面温升快于ZnS材料,而在材料内部,则后者快于前者。脉冲辐照结束时SiO2材料的表面峰值温度高于ZnS材料,但ZnS材料产生温升的深度大于SiO2材料。由于能量更为集中,材料在皮秒激光作用下温升高于纳秒激光作用下的温升。若材料的峰值温度达到熔点,则激光的单脉冲能量随脉冲宽度的减小呈非线性减小趋势,且变化率越来越大。
热效应 温升 脉冲宽度 红外 单脉冲能量 SiO2 SiO2 ZnS ZnS thermal effect temperature rise pulse width infrared single pulse energy 强激光与粒子束
2014, 26(12): 121002
