重复频率长脉冲激光辐照双层增透膜产生的热力损伤数值模拟研究

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1、分类号：密级：可公开UDC：编号：重复频率长脉冲激光辐照双层增透膜产生的热力损伤数值模拟研究Numericalsimulationstudyonthermalstressdamageindoubleanti-reflectionfilmirradiatedbytherepetitionfrequencylongpulselaser学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学（070207）研究方向：激光与物质相互作用申请学位级别：硕士指导教师：陈桂波研究生：韩玉涛论文起止时

2、间：2014.10—2015.12长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文《重复频率长脉冲激光辐照双层增透膜产生的热力损伤数值模拟研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工

3、大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日导师签名：年月日摘要激光与物质间的相互作用研究在材料加工、机械制造业、光电成像系统等有着重要意义。而关于光学增透薄膜与重复频率激光的相互作用研究尤为

4、重要，本文主要对重复频率长脉冲激光辐照光学薄膜材料的热力损伤情况进行数值模拟并分析其损伤情况。本文研究并建立了重复频率长脉冲激光分别辐照单层薄膜材料(Al2O3/K9)和双层薄膜材料(SiO2/Al2O3/K9)的物理模型，采用有限元算法求解相应的热传导方程和热应力方程，得到了材料内部热、力场分布。数值模拟结果表明，单层薄膜材料：当温度冷却时，残余环向热应力沿径向移动，在频率比较低时，基底首先发生热应力损伤，接着薄膜发生热应力损伤。双层薄膜材料：从激光参数上分析，在入射激光占空比相同的条件下，薄膜体

5、系的温升随着脉宽的增大而减小；从整个薄膜体系中的热力损伤上分析，在时间顺序上SiO2膜层首先发生环向拉力损伤现象，然后K9基底发生环向拉力损伤，接着K9基底发生热熔融现象，最后SiO2膜层发生热熔融现象。本文结果可用于系统分析和揭示激光与光学薄膜相互作用机理，也可为光学薄膜设计及薄膜抗激光加固技术提供一定的理论参考和依据。关键词：重复频率激光环向拉力损伤热力损伤热熔融IABSTRACTTheinteractionbetweenlaserandmaterialisveryimportantinthem

6、aterialprocessing,mechanicalmanufacturing,optico-electronicimagingsystem,andsoon.Andtheinteractionbetweentheopticalanti-reflectionthinfilmandtherepetitionfrequencylaserisespeciallyimportant.Inthispaper,thethermalstressdamageofopticalthinfilmmaterialsir

7、radiatedbytherepetitionfrequencylongpulselaserisnumericallysimulatedandanalyzed.Inthispaper,thephysicalmodelofsinglelayerthinfilmmaterial(Al2O3/K9)anddouble-layerthinfilmmaterial(SiO2/Al2O3/K9)wasestablishedbytherepetitionfrequencylongpulselaserirradia

8、tion，usingthefiniteelementalgorithmtosolvethecorrespondingequationofheatconductionandthermalstress,havingthethermalstressfielddistributioninsidethematerial.Thenumericalresultsshowthat,Singlelayerthinfilm:whenthetemperaturecooldow,theres