激光辐照水下锗玻璃的热损伤与应力研究

论文摘要

锗玻璃在水下环境中有许多用途,有时会面临水下激光辐照问题。而激光在水与盐溶液中传播存在很强的衰减性,盐溶液中盐离子的存在会影响光束质量。为了研究激光辐照水下锗玻璃的损伤机理,本文开展了1064nm脉冲纳秒激光辐照水和盐溶液中锗玻璃的数值模拟分析,建立了实验系统并进行了实验。基于Comsol multiphysics软件,通过将激光在溶液中的传输、吸收过程和锗材料的反射、吸收等过程的分层处理,建立了激光辐照水下锗玻璃的数学物理模型,对于激光水中传播不同距离辐照水下锗玻璃、激光辐照不同盐浓度盐溶液中锗玻璃的温度和应力改变进行了分析。进行了激光水中传播不同距离辐照水下锗玻璃、激光辐照不同盐浓度盐溶液中锗玻璃实验,通过光谱测试和金相图像装置对激光辐照水下锗玻璃、激光辐照不同盐浓度盐溶液中锗玻璃实验过程与结果的检测手段,收集辐射光谱,测量表面损伤形貌,对实验结果进行了分析。发现激光水中传播距离对锗玻璃损伤影响较大,随着激光水下传播距离增加,锗玻璃表面损伤降低。盐溶液中盐浓度改变对激光辐照盐溶液中锗玻璃影响不大。相比于激光辐照空气中锗玻璃,激光辐照水下锗玻璃未出现等离子体谱线。激光辐照盐溶液中锗玻璃出现Na、Cl等离子体谱线与一个吸收峰。得出了随着激光水下传播距离改变锗玻璃表面损伤程度逐渐降低且损伤机理也存在差异,不同盐浓度盐溶液中激光辐照锗玻璃激发的等离子体存在差别。该研究对锗玻璃的水下应用,锗玻璃的激光水下加工都存在较大意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 激光辐照半导体锗材料研究意义
•   1.3 激光辐照水下锗玻璃研究现状
•     1.3.1 激光辐照半导体材料研究
•     1.3.2 激光辐照半导体材料数值模拟研究
•     1.3.3 激光水下传输与激光水下加工研究
•   1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 激光与水下锗玻璃相互作用相关理论
•   2.1 激光与锗玻璃相互作用的基础理论
•   2.2 激光水下作用理论
•     2.2.1 激光水下传输理论
•     2.2.2 水下等离子体特性
•   2.3 激光对锗玻璃产生的热效应
•   2.4 激光对锗玻璃产生的热应力
•     2.4.1 热力耦合理论的基本方程组
•     2.4.2 各项同性热弹性体的热传导方程和本构方程
•   2.5 处理相变问题的等效比热容法
•   2.6 本章小结
• 第三章 激光辐照水下锗玻璃的数值模拟分析
•   3.1 激光辐照水下锗玻璃的理论模型
•     3.1.1 模型假设
•     3.1.2 几何模型
•     3.1.3 水与锗玻璃的热力学参数
•     3.1.4 激光辐照锗玻璃的数学模型
•   3.2 网格的剖分方法
•   3.3 数值仿真模拟结果
•     3.3.1 温度场结果与分析
•     3.3.2 应力场结果与分析
•     3.3.3 结论
•   3.4 本章小结
• 第四章 激光辐照水下锗玻璃的损伤实验分析
•   4.1 实验装置
•   4.2 实验结果和分析
•     4.2.1 激光水中传播不同距离辐照水下锗玻璃实验结果
•     4.2.2 激光水中传播不同距离辐照水下锗玻璃实验结果分析
•     4.2.3 激光辐照不同盐浓度盐溶液中锗玻璃实验结果
•     4.2.4 激光辐照不同盐浓度盐溶液中锗玻璃实验结果分析
•   4.3 实验结论
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文与研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王朔

导师: 谭勇

关键词: 激光,水下锗玻璃,盐溶液,温度,热应力

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,材料科学,无线电电子学

单位: 长春理工大学

分类号: TQ171.1;TN24;TB306

总页数: 62

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