毫秒激光致砷化鎵材料損傷研究.pdf

1、近些年來，砷化鎵材料在航天科技以及國防軍事領(lǐng)域有著越來越多的應(yīng)用。以其為原料所制造的太陽能電池在轉(zhuǎn)化效率方面有著其他材料無法比擬的優(yōu)勢。而激光對材料的損傷一直以來都是科研的熱點問題。目前，關(guān)于毫秒激光致砷化鎵材料損傷方面的研究并不是很多，相關(guān)的損傷機(jī)理仍然有待于探索。為了探究1064nm毫秒激光損傷砷化鎵材料的機(jī)理，本文通過實驗以及建模的方法，對材料受輻照過程中熱及熱應(yīng)力在損傷中的作用進(jìn)行了分析。
　　基于三維熱傳導(dǎo)方程建立了10

2、64nm毫秒激光輻照砷化鎵材料時材料的溫度場模型。模型結(jié)果顯示，對于1064nm，1ms的激光，砷化鎵材料的損傷閾值為61.5J/cm2。通過模型還得到了材料在不同能量密度激光輻照時，熔融，重凝固等相變過程的信息，以及不同能量密度時材料的熔融閾值，熔融半徑，熔融深度。同時搭建實驗平臺，采用紅外測溫儀對受激光輻照時材料光斑中心點的溫度進(jìn)行實時的測量。實驗所得到的溫升曲線和模型所得到的結(jié)果相吻合，驗證了模型的準(zhǔn)確性。
　　基于溫度場模

3、型，再考慮砷化鎵的晶體結(jié)構(gòu)，建立了毫秒激光輻照砷化鎵材料的熱應(yīng)力場模型，并計算了砷化鎵材料12個滑移系的分切應(yīng)力在材料表面及體內(nèi)的分布。模型結(jié)果顯示，材料受激光輻照后產(chǎn)生裂紋是由于砷化鎵晶體內(nèi)滑移系分切應(yīng)力超過臨界分切應(yīng)力而導(dǎo)致的滑移產(chǎn)生的。材料的滑移將在熱熔損傷之前出現(xiàn)，其將最先在材料受輻照面光斑中心內(nèi)部的區(qū)域產(chǎn)生?；频陌l(fā)生將為材料之后進(jìn)一步的脆性斷裂提供起始點。計算結(jié)果顯示，材料受激光輻照后所出現(xiàn)的裂紋最有可能出現(xiàn)在光斑中心及邊界