激光与物质的互相作用国内外研究现状_毕业论文

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激光与物质的互相作用国内外研究现状

我们国家对激光与物质的互相作用的探索开始较早,发展较快,如今的发展水平已经是位于世界前列。而现在我国关于这方面的研究中最普遍的就是对毫秒激光作用于靶材所产生的一些效应的研究。其研究方法主要有实验方法、理论模型的分析方法和数值计算方法,实验方法虽然比较精确但是它的成本很高,而且实验的条件比较苛刻。理论模型都是有一定的限制条件的,因此大多数的假设模型是无法反映实际情况的。而数值计算方法可以综合考虑实际条件,能较好的处理复杂问题,而且成本低,不受实验条件的限制,更重要的是,这种方法能较为准确地模拟激光与靶材互相作用的过程。86084

在国内,先后有CO激光、化学激光、自由电子激光和X射线激光等激光器的探索,其中输出功率可达到万瓦级以上的激光器有CO激光器和化学激光器。在国际上,激光的研究更是可以追溯到很久之前,在1986年,通过一个简便的数学处理方法,M。M。El-Niclawy等人[1]测到了大功率激光与固体互相作用后的融化率、表面温度以及蒸发率。根据窄脉冲激光辐照升温的过程,T。Q。Qiu等人[2]研究了微观辐照金属材料的互相作用以及它对材料的热学和力学效应上的影响。通过研究对半无限大的固体物质进行加热,B。S。Yibas等人[3]确定了合适的对材料进行激光加工的能量密度。在二十一世纪初,通过对钢材料的激光加热的探究以及对二维轴对称模型的加热等的探究,B。S。Yibas等人[4]又计算了材料的温度场和热应力场。在2004年,Radovan Gospavic等人[5]分析了激光与材料互相作用的各种方向, 而且把半分解法应用于很多物质的温度场的时间分布与空间分布的研究。在2008年,B。S。Yibas等人[6]研究了激光的加热和热应力。直到现在,国内外关于激光的研究已经硕果累累。论文网

激光的光束有大量天生并且又独特的特点,它具有很好的单色性、能量密度比较高、时间控制也较好以及对空间的控制好等诸多优点,因而当它辐照到某一物体上时,该物体表面的温度会升高,能量很高的时候甚至会发生气化和熔融,这就是我们所说的激光与物质的热效应,而热效应存在的同时通常会发生力效应,它就会使材料的结构受到破坏[7-11]。这其中,利用激光与物质互相作用的原理发展起来的各种产业中,发展比较好的一个就是激光加工。这是因为激光束的发散角很小,大约能小于0。001rad,而光斑的直径最小能达到1μm,作用的时间也能小到1ps。与此同时,高功率的激光器其功率可以达到上千瓦,因此对于精细加工和大型材料的加工等领域,激光也同样适用于。但是现在,由于激光对技术的实际应用已经得到飞速的发展,我们对于激光与物质的互相作用的分析又有了更加高的要求,例如如何判断激光类型以使得我们对物体有更小的损伤和更加高的利用率。这些问题实际上是取决于很多因素的,如激光的脉宽、波长等许多参数,以及材料的质地和热学与力学参数等。

在已经有的各式材料之中,玻璃、陶瓷、单晶硅是颇受关注的三大类材料,它们各自都具有强度高、易碎裂、热膨胀系数小、硬度大等许多特点。其中,玻璃的透明度最好,机械强度较高等特点,而且它也具有各向同性、可逆渐变性、连续性、介稳性等的光学特性。而陶瓷材料具有耐磨损和高温、高绝缘而且无磁性的优点,它主要是用于工业生产和日常生活中,但是陶瓷有很多弱点,例如材质很脆、硬,这都对陶瓷在产业的推广及应用中都有着很重大的影响。而硅是加工微电子工业的初级材料,硅材料更是促进了集成电路以及整个微电子产业的进步。而且硅材料提纯的工艺是比较成熟的,因此,在现在硅材料的应用是最为广泛的。 (责任编辑:qin)