等离子体对小孔吸收入射激光能量过程的影响
毕业论文关键词 激光打孔；等离子体；屏蔽效应；吸收系数Title Study on procedure of plasma influence hole absorbsthe laser energyAbstractThe plasma detonation is introduced to promote mass removal in laser drilling. Toforbid the plasma induced reduction of the absorption of laser energy, thedevelopment-stage of plasma should be controlled. Therefore the influence of theplasma development on the light absorption in small hole is studied in present study.This article is on the background of millisecond and nanosecond laser combined punch,based on plasma shielding effect, introduced into the plasma in the laser drilling,established a model with plasma and hole. The laser shoots out into the hole throughthe plasmas is simulated, the results show: the level of the shielding effect of laser bythe plasmas in different time is same with trends over time of the absorption coefficientof the plasma, the absorption coefficient of plasmas is the most important factorinfluence plasmas absorb the laser energy. The results also obtained the intensitydistribution of hole wall and influence different axial positions of the plasma to laserenergy. Provides a reference to rational use of plasmas and improve drilling efficiency.
Keywords Laser drilling; Plasma; Shielding effect; Absorption coefficient
目录
1引言..1
1.1研究背景...1
1.2研究现状...2
1.3本文的工作介绍...4
2理论基础..4
2.1等离子体屏蔽现象...5
2.2光在金属表面的反射和透射...6
2.2.1金属中的光波6
2.2.2金属表面的反射8
2.3小孔吸收入射光过程的数值模拟方法...9
2.4等离子体吸收率的研究.10
3等离子体作用下小孔吸收入射光模型的建立10
3.1等离子体模型参数.11
3.2建立模型.13
4计算结果与分析15
4.1孔壁平均功率.15
4.2小孔吸收率.16
4.3不同轴向位置的等离子体对激光能量的影响.17
4.4孔壁的光强分布.18
结论..23
致谢..25
参考文献26
1 引言1.1 研究背景自从1960 年由 T.H.梅曼研制出世界上第一台激光器以来，1962 年就率先用于对刀片的打孔，开创了激光打孔应用的先例。激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要应用领域之一。同一般光相比，激光具有高强度、高方向性、高单色性和高相干性的特点。将激光经过透镜聚焦，形成很小的光点—焦点。在焦点处的功率密度高达 107-109W/cm2，在焦点处形成上万摄氏度的高温，在这样的高温下，材料被熔化或气化升华，而脉冲固体激光器输出的脉冲激光波形脉冲宽度只有 0.3-0.5ms，在这期间材料的气化物夹带着熔化物喷溅而出，同时伴随着爆炸和冲击，于是在被加工零件上形成孔洞，即激光打孔。激光打孔具有打孔速度快成本低、效率高、变形小、适用性广等特点，特别适合于加工微细深孔， 最小孔径只有几μm，孔深与孔径之比可大于50。对于加工难度大，且深径比达到50的孔，加工成本可降低7倍，对于深径比很小的孔，加工成本也可减小一半。激光打孔的效率是电火花加工效率的12-15倍，是机械钻孔效率的200倍。随着近代工业和科学技术的迅速发展，使用硬度大、熔点高的材料越来越多，而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求，例如在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径的微孔； 在坚硬的碳化钨台金上加工直径为几十微米的小孔：在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等，用常规的机械加工方法是不可能的，而激光打孔则不难实现。目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。目前较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。近几年随着激光技术的发展，皮秒、飞秒激光和准分子激光等高性能激光器在工业上的应用越来越广泛，激光打孔工艺技术也随之有了很大的发展。激光与材料相互作用是激光技术应用一项重要的研究课题， 激光和物质之间的相互作用是很复杂的，所涉及的物理过程很多，理论上的描述和实验上的模拟都是个巨大而复杂的课题。 但对这一过程的深入了解， 会对更好地应用激光器有很大的帮助，该研究能够为合理地使用激光器提供理论基础和实验依据， 也进一步开拓了激光器的应用前景。