強(qiáng)激光作用下銅靶表面燒蝕行為研究.pdf

1、高能納秒脈沖激光由于技術(shù)相對(duì)成熟，近二十年來被廣泛地應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用。到目前為止，大量研究激光燒蝕的理論工作，都是預(yù)先定義一個(gè)能用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述的光束，例如高斯光束、平頂光束等，而不是使用的從激光器諧振腔輸出的實(shí)際光束。 本文根據(jù)高能激光器的性質(zhì)，分析了激光器內(nèi)部的非穩(wěn)定共焦諧振腔的特點(diǎn)。根據(jù)非穩(wěn)定共焦諧振腔的特點(diǎn)，利用快速傅里葉變換，研究激光光束的傳輸特性，得到環(huán)形激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)和相位分布。用根據(jù)快速傅里葉變換得到的

2、遠(yuǎn)場(chǎng)激光束照射銅靶表面，研究激光燒蝕靶材的溫升、相變和產(chǎn)生的等離子體沖擊波的傳播特性。結(jié)合激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體沖擊波的運(yùn)動(dòng)方程，基于氣體動(dòng)力學(xué)連續(xù)性方程、歐拉方程、N-S方程和能量方程，建立起二維氣體動(dòng)力學(xué)模型。通過有限元軟件的計(jì)算，給出了激光照射在銅靶表面產(chǎn)生的等離子體沖擊波的空間分布和瞬態(tài)演化過程，并且給出了等離子體沖擊波和流場(chǎng)的分布。激光脈沖的作用下，等離子體燒蝕產(chǎn)生羽輝的瞬態(tài)演化分為兩個(gè)階段：初始階段的基本過程是激光輻照吸收，

3、靶面加熱和蒸發(fā)。在此階段，基本過程可以看做一維熱傳導(dǎo)問題。激光輻照的能流可以被認(rèn)為在靶材表面形成了一個(gè)熱源，根據(jù)熱傳導(dǎo)方程和邊界條件，得出靶材表面的溫度分布和相變情況；在第二階段，基本過程可以看做是二維軸對(duì)稱相變過程。利用κ-ε湍流模型，根據(jù)傳輸方程得到湍流動(dòng)能κ和耗散系數(shù)ε。用有限元軟件求解蒸汽膨脹和蒸汽與環(huán)境氣體的相互作用。給出不同時(shí)間的等離子體沖擊波在銅靶表面的壓強(qiáng)分布以及壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化。 本文主要的研究目的：第一，從內(nèi)