超短激光烧蚀金属温度场的求解和分析.doc

  
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超短激光烧蚀金属温度场的求解和分析, 16500字32页摘要超快激光与物质相互作用的特点,与长脉冲激光截然不同。这使得超快激光加工具有很多独特的优点:高精度、热效应小等。这些优点都是由超快激光与物质相互作用的机理决定的。本文在飞秒激光条件下,对一维双温方程进行化简,并用有限差分的方法,对飞秒激光烧蚀金属铜的温度场进行了数...
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分类: 论文>机械工业论文

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超短激光烧蚀金属温度场的求解和分析

16500字 32页

摘要 超快激光与物质相互作用的特点,与长脉冲激光截然不同。这使得超快激光加工具有很多独特的优点:高精度、热效应小等。这些优点都是由超快激光与物质相互作用的机理决定的。
本文在飞秒激光条件下,对一维双温方程进行化简,并用有限差分的方法,对飞秒激光烧蚀金属铜的温度场进行了数值模拟。对电子系统和晶格系统的温度变化进行模拟,得到了电子及晶格温度在一定时间和深度范围内的变化曲线图,同时得到了单脉冲的烧蚀深度。改变激光的能量密度,研究了电子晶格耦合时间随能量密度变化的规律和能量密度对烧蚀深度的影响。模拟结果证实,激光能量与电子晶格的耦合时间紧密相关:在烧蚀阈值范围之内,如果增大能量密度的,电子晶格耦合时间也随之增大;能量密度对烧蚀深度也有影响,在一定范围内,能量密度愈大,烧蚀深度愈深。

关键词 超短激光加工 双温方程 电子晶格耦合时间 差分方程 烧蚀深度




Abstract
The characteristics of interaction between the fast laser and material,is different from long pulse.It makes the ultrafast laser processing has many unique advantages,such as high precision, small heat effect, etc,which are made by the principle of interaction between the fast laser and material.
in this paper, using the one dimension of the double temperature equation, and the finite difference method, the temperature field of ablation copper are simulated.Based on the ablation process, the imbalance of the electronic and lattice temperature, respectively, to the electronic systems and grid systems, to simulate the temperature change of the electronic and lattice temperature changes in a certain time and depth within the scope of the graph,Get the ablation depth of the single pulse at the same time. Was studied by changing the laser energy density, electron lattice coupling law of time changing with the energy density and energy density effects on the ablation depth.Simulation results show that the laser energy is closely related to the electronic lattice coupling time, within the scope of the ablation threshold, with the increase of the energy density, electronic lattice coupling time also increase; Within a certain range, the greater the energy density, the deeper the ablation depth.
Keyword Ultrashort laser processing Double temperature equation Electronic lattice coupling of time Difference equation The ablation depth


目录

第一章 绪论 4
1.1飞秒激光的发展史 4
1.2飞秒激光的特点及应用 5
1.3 飞秒激光加工和长脉冲加工的特点和比较 5
1.4 飞秒激光参数对加工的影响 6
1.5 国内外超快激光加工的研究现状 7
第二章 超短激光与金属材料相互作用的理论基础 10
2.1 飞秒激光加工机理的研究进展 10
2.2 超快激光与物质相互作用的机理 11
2.3 数学模型(双温方程) 14
2.3.1 在飞秒激光条件下双温模型的简化 14
2.3.2 飞秒,纳秒激光条件下双温方程的数值计算 17
第三章 超短激光烧蚀金属铜温度场的计算和分析 19
3.1 思路概述 19
3.2 靶金属铜的物理参数 19
3.3 温度场数值计算结果 19
3.4 结果分析 25
3.4.1 电子晶格热弛豫时间 25
3.4.2在不同深度处电子晶格的温度变化 25
3.5 纳秒激光烧蚀和飞秒激光烧蚀的比较 27
第四章总结与展望 28
致谢 29
参考文献 30