强激光的热与力学效应研究
热能激光的原理
热能激光的原理热能激光是一种基于热效应的激光，它的原理依赖于材料在吸收激光强光束时产生热，从而引起物质膨胀、膨胀和物理变化。
这些热效应对激光光束的相位、振幅和极化状态产生影响，从而产生激光辐射。
热能激光的应用领域很广，包括舰艇防御、限制侦察、气动力学和材料研究等，下面将就热能激光的原理、性质和应用进行介绍。
热效应是热能激光产生的核心原理之一。
光子与物质之间的相互作用遵循能量守恒和动量守恒定律。
当光子的能量超过物质的能带间隙能量时，光子将被吸收并将能量转移到物质中。
由于吸收产生的能量比散射和反射更容易在物质中产生热效应。
因此，物质吸收激光强光束后会产生热并引起温度升高。
当热效应使物体某些区域的温度上升到临界值时，这些区域的特性将发生变化，如光学物质的折射率、热膨胀系数和热导率等。
这些变化将影响光波的传播和调制，从而引起产生激光的相位和振幅调制，产生惯性约束激光脉冲。
热能激光的原理可以用Bloch方程和Maxwell方程组的数学模型来描述。
在受激发时，布洛赫方程将描述材料的激子等效电子态与其基态能级之间的相互作用。
这些相互作用会引起相干和非相干的自发放出，导致材料中的光增强。
同时，麦克斯韦方程组将描述材料中电场、磁场和电流的演化。
这些方程可以用来描述材料内部的光传播和反射。
通过合并这些方程，可以导出光在材料中的传播方程，用于描述激光的发射和调制。
热能激光有一些特殊的性质，这些性质有助于它在各种应用中的使用。
热能激光的波长通常在红外区域，其产生的激光具有高功率和高能量密度。
此外，由于热效应带来的相位和振幅调制，热能激光可以产生非常高的亮度，这使得其在军事和航天领域中具有重要的应用价值。
此外，热能激光也可应用于物质处理、红外医学治疗和加工等领域。
热能激光在军事应用领域中具有重要的作用。
例如，热能激光的高功率和高能量密度使其可以用于防御舰艇和航空器。
当用热能激光向飞行物体或侦查设备发射激光时，激光会向其表面输送热能，特别是在其外壳表面上。
超强激光的产生及应用
超强激光的产生及应用·引言激光作为20世纪人类最重要的科技发明之一，经过40年的发展，直接推动了一批新兴学科与高新技术的发展，如非线性光学、激光光谱学、强场物理、光通信、光计算、光信息存储、激光化学、激光医学、激光生物学、激光核聚变、激光分离同位素、激光全息术、激光加工等等。
同时，激光技术也已经走进了人们的日常生活，如随处可见的CD唱机、VCD影碟机、超市收银机的条形码扫描仪、激光打印机等，无不采用先进的激光技术。
激光的发展开拓了激光技术的应用，激光技术的应用又推动了激光科学技术的进一步发展。
激光科技的最新前沿之一是超强超快激光。
超强即超高的功率和功率密度（指单位面积上的功率），目前一个激光系统甚至可产生高达1015瓦的峰值功率，而全世界电网的平均功率只不过1012瓦数量级；超快即极短的时间尺度，目前激光脉冲最短不过几个飞秒（10－15秒），光在1飞秒内仅仅传播0.3微米。
近年来新型小型化超强超快激光技术的迅猛发展，为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件。
这种在实验室中创造的极端物理条件，目前还只有在核爆中心、恒星内部、或是黑洞边缘才能找到。
在当今超强超快激光技术已经提供并将由于其进一步发展而能提供的越来越强并越来越快的光场条件下，激光与各种形态物质之间的相互作用，将进入到前所未有的高度非线性与相对论性起主导作用的强场超快范围，并将进一步把光与物质的相互作用研究深入到更深的物质层次，甚至光与真空的相互作用，由此开创了超强超快激光这一全新的现代科学技术前沿领域。
·超强激光的特点·脉冲短脉冲周期可达10-15s，是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。
·峰值功率高峰值功率可达1015W，比全世界发电的总功率还大。
·聚焦光斑小精确的靶向聚焦，聚焦光斑可达μm量级。
·聚焦功率密度大可达1020～1022W/cm2,产生电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。
激光加热下不同形貌硅片的热力学性能分析
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装 备 机 械 2021 No.2
Calculation • Analyses
系 统 的 可 靠 运 行 [6_7]。硅 片 在 磨 削 加 工 时 会 造 成 表 面 磨 损 ，强 度 因 此 受 到 影 响 。对 集 成 电 路 和 硅 器 件 进 行 研 究 发 现 ，硅 片 在 高 温 工 艺 下 出 现 弯 曲 、翘曲也 是常 见 的 现 象 ~°]。如何提高硅片的机械强度和热 应 力 ，是一个重要课题。
的 ，没有光线穿透硅片。由此，激光产生的所有热量
都作用在硅片表面。
热量0 为：
Q = 〇j A { T ^ - T 2 ) / e
(6)
式 中 为 硅 片 温 度 ; r2 为周围环境温度;《为导热
系 数 ,出 为 5.67><1〇-8评/ ( 1112 .1〇 ^ 为辐射率，与
娃片表面性能有关，数 值 介 于 0 和 1 间 ' 取 0. 8;4
对 模 型 输 入 材 料 ，采 用 四 面 体 网 格 对 模 型 进 行 网格化设置，在硅片上表面施加同等压力，在硅片下 表 面 四 周 施 加 固 定 约 束 ，分 析 不 同 表 面 形 貌 硅 片 的 应 力 、应 变 ，得 到 应 变 云 图 如 图 3 所示 ，应力云图如 图 4 所示。
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激光加工中材料变形规律探究
激光加工中材料变形规律探究激光加工技术在工业制造领域得到了广泛的应用，其高精度、高效率、非接触式加工的特点使其成为许多行业的首选。
然而，激光加工过程中材料的变形问题一直是限制其应用范围和效果的重要因素。
本文将探究激光加工中材料的变形规律，希望能够深入了解这一问题并提出解决方法。
首先，我们需要明确激光加工中材料变形的原因。
激光加工过程中，激光能量会被材料吸收并转化为热能，导致材料温度升高。
高温下材料的热膨胀系数增大，使材料发生膨胀或收缩。
此外，激光加工中产生的热应力和热应变也会引起材料的变形。
因此，激光加工中材料的变形是由热效应引起的。
接下来，我们要研究激光加工中材料的变形规律。
首先要考虑的是材料的导热性能。
导热性能直接影响激光加工过程中材料的温度分布和传热过程，进而影响材料的变形情况。
热导率越高的材料，其热能能够迅速传递到周围环境，从而减少材料的温度升高，降低变形的风险。
其次，材料的热膨胀系数也是影响材料变形的重要因素。
热膨胀系数是材料受热时单位温度升高下的线膨胀率，它描述了材料在温度变化时的膨胀或收缩情况。
热膨胀系数越大的材料，在受热时会产生更大的线膨胀变形，从而增加材料变形的风险。
此外，激光加工过程中材料的形变还受到材料的力学性能的影响。
材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等参数会影响材料在激光加工过程中的应力分布和应力集中状况，进而影响材料的变形情况。
在选择激光加工材料时，应尽量选择具有良好力学性能的材料，以减少变形的风险。
此外，激光加工过程中的工艺参数也会对材料变形产生影响。
激光功率、扫描速度、光斑直径等参数的选择会直接影响激光能量的输入和分布情况，进而影响材料的温度分布和热应力分布。
在激光加工中，应根据具体材料和零件的要求，合理选择和控制工艺参数，以减少材料的变形。
针对激光加工中材料变形的问题，我们可以采取一些解决方法来降低变形风险。
首先，可以通过优化工艺参数来控制激光加工过程中材料的温度分布和热应力分布，减少变形的发生。
强激光辐照充压圆柱壳体热力效应的相似性数值模拟(Ⅰ)
根据相似性原理 ， 以利用几何相似的模 Nhomakorabea来探索激 光 可
对 靶 材热 力耦 合 的 尺 度 规 律 。把 结 构 热 力 响 应 问 题 所 涉 及 的所 有 重 要 的输 入 和输 出参 量 连 同相 应 的 物 理 量 纲 列 出来 ， 然后应用 Ｂ ｃｉ ｈｍ Ｉ定理 …， ｕｋｎ ａ ｇ Ｉ 表征出一组完备的无量纲组 合 或 项 ， 以 直接 得￣ ４ 尺 度 模 型 和 大 尺 度 原 型 的 缩 比关 可 １， １ 系 Ｊ 过 进 一 步 的 分 析 ， ２ 。经 叮以 知道 热 传 导问 题 可 以孤 立 地 进 行 几 何 缩 比 模拟 ， 不 能 与力 学 效 应 同 时 进 行 几 何 缩 比 模 但 拟， 即热力耦合 问题不满 足初等几何 相似律 ｊ ２。因此 ， 理 从 论 上来 看 ， 于 激 光 辐 照 靶 材 的热 力 耦 合 问 题 十 分 复 杂 ， 对 通 过 某 个 小 尺 寸模 型 的结 果 来 推 广 大 尺 寸 原 型 的结 果 是 有 一 定 困难 的 。 同 时 ， 照 相 似 性 原 理 ， 何 相 似 缩 放 必 须 是 严 按 几 格 的 Ｊ儿 何 尺 寸 的 使用 必 须 服 从 相 似 律 的要 求 。而 在 实 验 ３， 中 ， 样 的要 求 往 往 是苛 刻甚 至 有 时 是 无 法 实 现 的 （ 如 ， 这 例 对 于激 光 辐 照 靶 材 的 壳 厚 不 能 缩 放 的 很 薄 ） 基 于 这 样 的 考 。 虑 ， 文从 实 验 研 究 的实 际 需 要 出 发 ， 立 了非 严 格 的 几 何 本 建 缩 比模型 ， 我们称之 为近几何缩 比模型 。针对工程 中所关 心 的激 光 功率 、 光斑 大 小 等 参 数 设 计 了几 种 不 同 的缩 比方 案 。 本 文 讨 论 的是 同一 加 载 条 件 下缩 比靶 模 型 的 相 似 性 规 律 ， 即 相 同辐 照 靶 面 功率 密 度 、 同 光 斑 大 小 的 加 载 条 件 ， 它 几 相 其 种 缩 比方 案将 在 另 文 中进 行 讨 论 ｌ 。 利 用 有 限 元 方 法 ， 每 ４ ｊ 对 种 缩 比方 案 下 的 不 同 缩 比率 模 型 进 行 了弹 性 范 围 内热 力 效 应 的数 值模 拟 。通 过 对 一 定数 量 计 算 结 果 的 积 累 和 分 析 ， 可 以探讨热力效应 的相似性 规律 ， 对实验模 型设计 、 光参 激 数 的选 取 及 效 应 研 究具 有 一 定 的 参 考 价值 。
强激光辐照下金融材料表面热力学效应
ｄ ） ２ 靠ｃ（ Ｒ。［ ’ ｃ 膏 ／ ， ） ｜ Ｋｒ＋１
＋ Ａ／ 一 膏 叫（ ￣ ４ ４ｔ ＡＫ Ｔ ， ／ 膏 ＋ １ ）
材 料 表 面 热 力学 效 应 遵 从 的 数 学 方 程 ， 以 Ｃ 并 ａ 为 例 ， 激 光辐 照 金 属板 材 的表 面 热力 学 效应 作 对
分 析
＋ （ｅ ３： Ｋ丁／ 《）］
（） ４
式 中 的 Ｋ 为玻 尔 兹 曼 常 量 ， 式 （ ） 入式 将 ４代
ｌ 格 林 乃 森 系数
设 晶体是 南 Ⅳ 个质量 为 的原 子 组成 ， 原子
收 稿 日 期 ：０ １８ １ ２ ０ ＿ ３
维普资讯
４期
酃 瑞 伦等 ．强激 光辐 照 下金 属 材 料 表 面 热 力 学 效 应
４１ ８
密切 相关 ．将 原子 振 动看 成三 维各 向 同性 的非 简 谐振 子 并 认 为它遵 从 量 子 力 学规 律 ， 用 定 态 微 利
摘 要 导 出格 林 乃森 参量 随温度 的变化规 律 以及 热压 强的表 示式 ， 立 了强激光 辐照 下奎 建 属材 料 表 面 附近 的温度 和 应 力所 满足 的数 学方程 ． Ｃ 以 ｕ例 ， 激 光辐 照 下 材料 表 面 的 热 力 对
学效应 作 以分析 ．
关键词Leabharlann 激 光辐 照 ； 林 乃森参 量 ； 格 金属 材料 ； 力 学效应 热
扰 法 ， 易 求 得 在 式 （ ） 示 的 相 互 作 用 势 作 用 下 很 ２所 的 能 量 本 征 值 为
Ｅ 【 ＝ ＋ ２ 。 叫 （ ＿ 膏 ） １ Ｅ ／ Ｅ ／ （ ５ ２
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强激光辐照光学元件的光热效应探测系统开题报告
所在专业审查意见：
学科管理部副主任：
年月日
工作者不但测量了植物的新陈代谢情况，而且对人体的皮肤组织以及细菌等进行了光
热研究，或研究其结构，或研究其光化学反应的弛豫过程。这是目前的新发
展趋势之一。
自从70年代近代光声光热学的先驱者A. Rosencwaig等使光热效应广泛应用于物
理、化学及生物医学等方面的研究以来，光热效应的研究逐步引起许多学科门类学者
[2] F B artoi,l L Esterow itz, R A llen, et a.l A genera lized the rm
a lm ode l fo r laser dam age in infrared detectors[J]. J.
App.l Phys. , 1976, 47(10): 2875- 2881.
描电子显微镜和扫描光声显微镜的研究工作，为热波的光声检测技术在我国的应用开
辟了一条新的途径。随着光声技术应用的快速发展，光热检测技术作为一种无损检测
方法己有了应用的结果，在薄膜热物性检测方面，香港理工大学的王聪和以及浙江大学的施柏煊用横向光热偏转方法测试了一些薄膜样品的热扩散率，他们把所得结果与用闪光法得到的结果进行比较，发现两结果很接近，证明了这种方法的可行性。
在对固体材料热扩散深度的检测和垂直于表面裂纹的检测等也已有了检测实例，南京
大学声学研究所的张淑仪院士等也在1984年研究了光束偏转成像方法，在我们实验室
里，1985年起，曾在国家自然基金资助下进行了光热偏转技术应用于固体薄膜光热成
像的研究，并获得了金属铝表面下最深200微米处的缺陷的无损成像检测结果。
毕业设计开题报告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
中国工程物理研究院研究生院-流体物理研究所-研究方向简介-901
研究利用电磁能量驱动或发射物体的原理及技术，如电磁轨道发射、电磁内爆技术等。
激光的热和力学效应
刘仓理 研究员、孙承纬 研究员、谷卓伟 研究员
研究强激光对于介质、材料和结构的热与力学效应及其在国防科技和国民经济中的应用。
核技术及应用
082703
李泽仁 研究员、冯华 研究员、罗阳 研究员、郑峻松 研究员、何清义 研究员、宫亮 研究员、朱礼国 研究员
主要围绕临床病理诊断的需要开展快速无创（微创）的特异性光谱学技术、高灵敏光电传感技术及其临床应用研究。
流体力学
077203
不定常流体力学
柏劲松 研究员、李庆忠 研究员
可压缩流体力学中波的产生、传播及相互规律，强冲击载荷下固体介质的不定常流动现象与规律，流体力学界面不稳定性及其数据解读，多介质流体力学数值模拟技术。
工程力学
080104
爆轰和爆炸动力学
赵锋 研究员、张旭 研究员、谷岩 研究员、陈军 研究员、汤铁钢 研究员、陈永涛 研究员、任国武 研究员
研究爆轰波引爆、传播和驱动以及相关的理论、实验和数值模拟工作, 极为注重对于炸药起爆机理、爆炸作用规律、爆炸装置的设计及其受外界撞击时的响应和安全性研究。
冲击动力学
光电子学
李剑锋 研究员、杨延强 研究员、阳庆国 副研究员
主要研究极强电磁波的产生方法、稠密体系的电磁结构、电磁兼容问题、瞬态现象以及强场中的光电效应；发展新型超快过程、强电磁脉冲检测技术；探索实现完全光电隔离信息处理系统的新方法，发展光电对抗技术；研究高速信息传输系统设计问题。
图像传输、接收和处理
刘军 研究员、贺红亮 研究员、祝文军 研究员、姬广富 研究员、陈黎亮 研究员
超快激光技术及其应用
超快激光技术及其应用超快激光是激光中的一种，是脉冲波在fs量级上的激光。
飞秒（fs）是极短的时间单位，即1015 s ,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已。
在如此短的时间内产生的脉冲波，我们可以预料到一定有着许多有趣的性质，内为我们的科学实验带来许多帮助。
激光，顾名思义是“激发出来的光”，产生的物理基础是原子的受激辐射，这个过程是由爱因斯坦最早在1916年在理论上发现的。
受激辐射概念刚提出时没有收到应有的重视，虽然1924年就有一位德国的科学家在实验上简介地证实了受激辐射的存在。
但真正导致热门重新发掘受激辐射概念所隐含的巨大潜力是在二次世界大战之后，当人们企图将想干滇西波段从长波扩展到微波乃至光波是，发现只有借助于分子、原子这样的围观体系才能实现短波长的相干电磁波放大，爱因斯坦的受激辐射正是实现这种想干放大的物理机制。
要产生激光，需要解决两个矛盾。
首先是受激辐射与受激吸收的矛盾。
根据玻尔兹曼分布，热平衡的原子体系中总有低能级上的原子数多于高能级上的原子数，当光与体系发生相互作用时，由于吸收比受激发辐射显著，结果是将导致光信号的衰减。
因此，产生激光的一个基本条件就是要实现体系中粒子数的反转。
已处于粒子数反转的戒指叫做激活介质货增益介质，它具有对光信号的放大能力。
为使粒子数反转，需一外界能源以适当的方式对原子体系产生作用（泵浦），此能源被称为泵浦源。
产生激光所要解决的另外一个矛盾就是受激辐射与自发辐射的矛盾。
在原子体系中，这两种过程同时存在，相互竞争。
为产生激光，需使受激辐射处于优势地位。
为此，需选择合适结构的光腔（或足够长的激活介质），在轴线方向的自发辐射通过反复增益获得较高的光场能量密度，从而得以受激辐射为主的输出。
激光与普通光源又极大的不同，它具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特征。
在加工、存储、医疗、通信、雷达、科研、国防等领域有着极为广泛的应用。
激光辐照转动充压圆柱壳体热力学效应
点 的驻 留时间 不尽相 同 ， 而且在 此 时 间段 内激 光沿 运动 方 向的辐 照范 围会 超 出光 束沿 运动 方 向 的弦 长 ， 出的 超 多少 由 △ 的 大小决定 ， △ 越小 ， 出 的范 围越 小 ， 光热 流加载 也就 越符 合 实 际 物理 过 程 ， 就要 求 计 算 中的 超 激 这 时 间步长 越小 越好 ， 但这 样会 大 大增加 计 算量 ， 而大 大降低 计算 效率 ， 从 给数值 计 算带 来很 大 困难 。 为此 ， 本文 提 出了一 种利用 主时 间步 长 与 子 时 间步 长 相 结合 的双 时 间步 长法 ， 即计 算 中采 用 主 时 间 步 长
荷的 大小 与实 际物理 过程 有一 定偏 差 ， 这些 都直 接 影响 到数值 结果 的 可信 度 ， 于移 动载荷 。 响尤 为 显著 。 对 影
激 光辐 照转 动 圆柱壳 体侧 面 时 ， 体表 面上 一定 区域 内的点周 期性 地 出入 光束 辐 照范 围 ， 壳 在一 个较 小 的 时 间段 内， 辐照 区域 内各点 所受 到 的激光 辐 照量 是不 相 同的 。设 数值 计算 中的 时间 步长 为 △ ， ￡ 由于 △ 是数 值计 ｆ 算 中最 小 的时 间单位 ， 算过程 无 法处 理 △ 内热载 荷 的变 化 ， 计 ｆ 只能 将激 光热 载 荷 集 中加 载 在 光 束 沿 运 动方 向
摘 要 ： 采用有限元计算方法对 激光辐照下转动充压壳体的热力学 问题进 行了较为全面的数值 计算 ， 获 得 了激光 辐照 下转 动内压 圆柱壳 壁上的温升 、 应力 、 应变 、 位移分布等物理 图像 。 为进一步分 析转动 充压圆柱壳 体在 激光 辐照下的破坏 与失 效奠定了基础 。提 出的解决数 值计算 中移动热 流载荷 问题 的双时间步 长法 。 以 可 有效 提高计算 效率 ， 同时提高计算精度 。研 究结果表明 ： 于给定 的壳 体结构 ， 损伤 阈值时间 主要取 决于 靶 对 其 面激光强 度与壳体 旋转频率 ； 在辐照过 程中 ， 损伤最先 出现在最初受激光 辐照的区域 。 关键 词 ： 激光辐照 ； 热力耦合 ； 转 动壳 体 ； 屈服 比｝ 双时间步长法
高强度激光脉冲对物质相互作用的基础探究
高强度激光脉冲对物质相互作用的基础探究激光技术的发展对许多领域产生了深远的影响，其中之一便是高强度激光脉冲对物质相互作用的研究。
在当前科技中，高强度激光脉冲已经被广泛应用于材料加工、医疗、科学研究等领域，深入探究其在物质相互作用中的基本原理和机制，对于提高其应用效率和开发新的应用领域具有重要意义。
物质与高强度激光脉冲相互作用的过程非常复杂，包括光与物质的相互作用、能量转移和移动、物质相变等多个方面。
首先，当激光脉冲照射到物质表面时，光与物质中的电子、原子和分子相互作用，产生电子激发、离子化等过程。
这些过程的性质取决于激光脉冲的强度、频率和脉宽等参数，以及物质的性质。
其次，激光脉冲向物质传递的能量会导致物质内部的能量转移和移动。
这可能引起材料的热膨胀、熔化、汽化等相变过程。
在高强度激光脉冲作用下，物质表面会迅速加热并膨胀，同时受到激光的压力作用，产生冲击波、射流等效应。
这些效应在材料加工、激光照射治疗等领域具有重要的应用价值。
此外，高强度激光脉冲还会引起物质内部的电子、原子和分子结构改变。
例如，激光脉冲可以激发物质中的电子跃迁，改变化学键的强度和性质，导致材料的光学特性发生变化。
同时，激光脉冲也可以引起原子和分子的振动、转动，导致物质的结构相变。
这些相变过程对于光电子学、化学等领域的研究有着重要的意义。
研究高强度激光脉冲对物质相互作用的基本原理和机制的重要性不言而喻。
首先，深入理解物质与激光相互作用的过程，可以帮助我们设计更有效的激光加工方法。
例如，通过调节激光脉冲的参数，可以实现对材料的特定加工效果，提高加工效率和质量。
其次，探究高强度激光脉冲对物质的相变过程，有助于开发新的材料性质和应用领域。
例如，通过激光诱导的相变可以制备新型材料，具有特殊的光学、电学、磁学等性能。
在研究高强度激光脉冲对物质相互作用的基础探究中，需要运用多种实验和理论方法。
实验上，可以利用高功率激光装置，通过观察材料在激光脉冲作用下的动态过程来研究物质与激光的相互作用。
高能激光武器的破坏效应主要有热烧蚀破坏效应
高能激光武器的破坏效应主要有热烧蚀破坏效应0000热烧蚀破坏效应激光照射到目标上后，目标材料物质的电子由于吸收光能产生碰撞而转化为热能，使材料的温度由表及里迅速升高，当达到一定温度时材料被熔融甚至气化，由此形成的蒸气以极高的速度向外膨胀喷溅，同时冲刷带走熔融材料液滴或固态颗粒，从而在材料上造成凹坑甚至穿孔，这种效应称为热烧蚀破坏效应。
热烧蚀破坏效应是激光武器最重要的毁伤手段。
1?热烧蚀破坏效应的特性实验表明，热烧蚀破坏效应与激光光源参数、外界环境参数和材料物质参数密切相关。
激光光源参数包括激光波长、功率密度、激光作用时间、激光束的时空结构(脉冲或连续波)等;外界环境可以是真空环境、各种大气环境和人工设计的具有易反射或易吸收功能的各种环境;材料物质的参数既包括材料的比热系数、热传导系数、热扩散系数、熔点等热物理性能参数，也包括材料的弹性模量、屈服强度、拉伸断裂强度等力学性能参数。
这些参数的不同，将导致激光对材料的热烧蚀破坏效应的不同。
1998年12月，南京理工大学通过精密的计算和严格试验完成了《激光武器的毁伤机理与防护技术》报告。
根据这个技术报告，可以对激光的热烧蚀效应总结出以下若干重要结论:(1)在激光对材料的热烧蚀破坏过程中，材料表面温度与激光作用时间的平方根成正比，即激光对材料作用的时间越长，材料表面的温度越高。
对于给定能量的脉冲激光，当增加功率密度时，缩短脉冲持续时间，则加热时间必然缩短，而材料表面的温度将会升高。
也就是说，使用峰值功率高、持续时间短的脉冲激光可以更有效地对材料表面加热。
但是，高功率脉冲激光与材料作用时，材料表面产生的等离子体的屏蔽作用对激光的烧蚀效果又有负面影响。
(2)激光对材料的热烧蚀破坏阈值既可用能量密度阈值描述，也可用功率密度阈值描述。
在矩形短脉冲情况下，激光对给定材料破坏的能量密度阈值是一个常数，而功率密度阈值与脉宽成反比;在矩形长脉冲情况下，激光对给定材料的破坏能量密度阈值与脉宽的平方根成正比，而功率密度阈值与脉宽的平方根成反比。
激光冲击强化机理研究
激光冲击强化机理研究近年来，激光冲击强化技术已被广泛应用于工程机械和航空航天领域，通过对金属材料进行激光抛光处理，可以改善其力学性能，提高寿命和可靠性。
因此，研究激光冲击强化的机理尤为重要。
本文将介绍激光冲击强化的机制，包括激光作用机理、材料力学性能改变机理以及激光冲击与冲击强度的关系。
激光作用机理激光以高能量脉冲的形式激发物体表面，使表面受到极高的冲击力，从而使本来稳定的材料状态发生变化。
激光冲击时，表面下游层瞬间膨胀，形成一种流体态气泡，该气泡具有较高的温度和压力，当气泡爆炸后，就会形成一个热膨胀压力波，并将其传播到表面下层，其中的有害元素和不稳定因素随着气泡的爆炸而被清除。
随后，这种较大压力波将材料深层次改变。
材料力学性能改变机理激光改变材料表面力学性能的主要原因是激光冲击引起的深层次改变，包括表面压缩、内部拉伸、表面粗糙度变化和应力局部累积等作用。
表面压缩，即激光冲击造成的表面形变，其产生的力学效果是表面压缩、表面压强度增加以及表面硬度增加。
通过对金属材料的压缩可以使其表面不易被本身及环境中的有害因素侵蚀，从而改善材料的抗腐蚀性能。
内部拉伸，即激光冲击处理后材料的表面形变，其产生的力学效果是内部受力，表面层应力分布改变，表面弹性模量增大，抗弯曲强度提高。
通过增强材料内部结构，可以改善金属材料的力学性能，提高其可靠性和耐久性。
表面粗糙度变化，即激光改变材料表面微结构，使表面毛糙度改变，表面摩擦系数降低。
这样可以改善材料的表面质量，从而提高表面绝缘性和耐冲击性能。
应力局部累积，即激光改变材料表面受力结构，产生局部应力累积。
通过增强其表面应力分布，可以改善材料的抗冲击性能，减少材料表面的疲劳损伤。
激光冲击与冲击强度的关系激光冲击强化一般是根据冲击强度来进行处理的，其特点是冲击强度越高，材料的力学性能改变越明显。
激光作用机理的实际结果，是表面下游层以大量的热能和压缩应力迅速改变。
当冲击强度超过一定阈值时，材料的力学性能将显著改变，从而提高其可靠性和耐久性。
中国量子武器
1986年上光所建成尖峰疽功率超过1012瓦的强脉冲激光试验装置，张爱萍上将将它命名为「神光」，使中国成为继美、苏、法、日之後拥有同类设备的国家。
王之江率领的强激光武器团队在探索多种激光器後，最後选定固体激光器作主攻方向，怛无奈当时国内外的技术条件都未成熟，只得在1970年代暂时搁置计划。
计划暂停的原因有多种，主要是当时情报显示国外这方面频有进展，刺激了军方高层，误认为成功近在咫尺。
毛泽东更下达一一一定要研发出来的军今状，在政治压倒一切的文革年代，人力物力不足，缺乏严格科学论证分析，资源、技术储备、工业基础都没有保障，却仓促把固体激光器定位为主攻方向，终使计划难产。
其实当时国内外的诸多理论研究都还处于原始阶段，所以对激光炮的发展过于乐观，在技术条件和环境尚未成熟的情况下，其结果并不令人意外。
计划搁责後，上光所把资源转移到比较成熟、易於实用化的激光器件研究，使固体高功率激光器和其重要部件激光晶体的品质都达到国际先进水准。
虽然激光武器计划暂停，但仍留下一些人员进行基础研究，以便他日能东山再起。
瞄准2000年的中国神光随著19８0年代美国星战计划的登台，中国也在19８0年代中期悄悄地把激光武器重新上马。
中国这次汲取了先前的教训，不再定死目标，尽量利用成熟技术，灵活变通，以「侧重基础、侧重提高」为指导方针，在这个技术领域进行长时间的相关探索研究工作。
中国在强激光器的研究陆续进行了C02激光（电激励、气动激励）、自由电子激光和X射线激光等探索，其中C02激光和化学器的输出功率达万瓦及以上，有广阔的开发前景。
而在强激光破坏效应研究方面，对激光的热和力学效应进行了广泛的实验研究和理论分析，取得了满意的成果，提高了对激光破坏目标的认识？？对强激光大气传输特性的研究工作，也从大气折射、大气衰减、湍流效应、非线性效应等方面进行了广泛的理论和试验研究。
应用自适应光学技术改善大气传输效应的研究工作也取得进展，采用横向剪切干涉仪作为波前探测器，驱动21单元变形反射镜，带宽为300HZ，对激光信标光束的大气湍流效应进行了补偿。
激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布
激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布王刚;徐强;刘洋;王虎;梁晓东;李艳;陈志学【摘要】Electro-optical detectors are widely used in many fields. However, temperature rise due to the absorption of laser and other phenomena may damage detectors. Using thermal elastic theory, the investigation on K9 material radiated by CO2 laser is done. According to the two-dimensional planar model, the transient distributions of temperature field and thermal stress field which result from laser radiation on semiconductor material are obtained by analytical calculation. The results show that the K9 glass damage threshold of laser radiation is dependent on the radiation time and beam radius. Under the same conditions, the thermal stress damage threshold is lower than the melting damage threshold, so the damage reason of K9 glass material is thermal stress damage.%光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象,致使探测器遭受到不同程度的损伤.利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究,建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布.研究表明,K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关.在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低,故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】5页(P801-805)【关键词】光电探测器;激光辐照效应;温度场;热应力场【作者】王刚;徐强;刘洋;王虎;梁晓东;李艳;陈志学【作者单位】海军驻西安二十所军事代表室,陕西,西安,710065;西安电子科技大学,理学院物理系,陕西,西安,710071;西安电子科技大学,理学院物理系,陕西,西安,710071;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065;应用光学研究所,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TN249引言随着科学技术的发展,先进的军事武器必须能精确定位导航以及精确攻击敌方防御装置。
相对论性强激光物质效应
相对论性强激光物质效应相对论性强激光物质效应是指当物质受到高强度激光照射时，由于相对论效应的引入，物质的性质将发生显著的变化。
这是因为在高强度激光束作用下，电子的动能将达到相对论性的速度，并出现明显的相对论效应。
相对论性强激光物质效应在多领域具有广泛的应用，尤其在等离子体物理、核物理和高能物理中被广泛研究和应用。
一、相对论性强激光物质效应的基本原理1.1 相对论性效应简介相对论性效应是由爱因斯坦的狭义相对论理论提出的，它主要包括时间膨胀效应、长度收缩效应和质量增加效应。
当物体的速度接近光速时，这些效应将显著影响物体的性质。
1.2 相对论性强激光物质效应的物理机制当物质受到高强度激光束照射时，激光光子能量非常高，电子受激吸收并获得高动能。
当电子的动能达到相对论性速度时，它们的质量将明显增加，从而导致物质的性质发生显著改变。
此外，由于相对论性速度下电子的速度非常接近光速，时间膨胀效应和长度收缩效应也会显现出来，进一步影响物质的行为。
二、相对论性强激光物质效应的应用2.1 等离子体物理在等离子体物理研究中，相对论性强激光物质效应被广泛应用于等离子体加热和控制。
由于激光光子能量高，可以使等离子体中的电子获得足够高的动能，从而增加等离子体温度和密度。
这对于等离子体核聚变研究以及等离子体应用领域具有重要意义。
2.2 核物理在核物理研究中，相对论性强激光物质效应能够模拟高能密度条件下的核反应和核衰变过程。
通过激光照射物质样品，能够模拟类似太阳内部的高温高密度条件，研究核聚变和核衰变等核反应的动力学过程，为核物理研究提供了新的实验手段。
2.3 高能物理在高能物理研究中，相对论性强激光物质效应可用于产生高能量的电子和正电子束流。
通过激光与金属靶材的相互作用，可以产生高能电子和正电子束流，开展高能粒子物理实验，探索基本粒子及其相互作用的本质。
三、相对论性强激光物质效应的研究进展与挑战相对论性强激光物质效应的研究在过去几十年取得了重要进展，但仍然存在一些挑战。
连续强激光稳态热晕效应的数值模拟研究
Ｐ Ｃ 和ａ 、ｐ 分别 表 示大 气密 度 、 压 比热容 和介 质 中光 学 吸收 系数 ， 定 ，＝ 为激 光光 强 ； 函数 （ ＝ 波 刖 Ａ（ ｅｐ ｉ （ ］ Ｒ）ｘ［ｋ Ｒ） 表示 光波 电场 复振 幅的 一个极 化分 量 ， Ｓ Ａ为光 波振 幅 ， Ｓ是 复振 幅的 相位 ． 量 波 动 标 方 程 （）描述 了光 波在 吸收介 质 中传输 与各 向异性折 射率 ｎ 的关 系 ； ３， （ ｋ为 自由空 间波数 ． 当光波 的波 长属 于激光 波 长范 围 内时 ， 光线方 程 和能量 守恒 关 系基本 方程 其
Ｏ 引言
随着高功率激光器的出现 以及它在工业、 国防等领域的广泛应用 ， 强激光大气的传输问题受到普遍
重视 ． 强激 光在大 气 中传 输 时 由大气 产生 的效应 可分 为 两类 ： 线性 效 应 和非 线性 效 应 ． 中线性 效 应 包 其 括大 气衰减 和大气 湍 流 ； 非线 性效 应主要 有热 晕 、 受激 喇曼 散射 和大气 击穿 等 ． 些效应 是多方 面 的 、 这 复
第７ 卷第 ４ 期
２０ 年 １ 月 ０８ １
淮 阴师范学 院学报 （ 自然科学 版）
Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｕ ＩＩ Ｅ Ｃ Ｒ Ｏ Ｌ Ｇ Ｒ ＬＳ ＩＮ ＥＥ ＩＩ Ｎ Ｏ Ｒ Ａ ＦＨ ＡＹＮ Ｔ Ａ ＨＥ ＳＣ Ｌ Ｅ Ｅｆ ＡＩ Ａ ＣＥ Ｃ ＤＴＯ ） Ｕ
第４ 期
马春林等 ： 连续强激光稳态热晕效应的数值模拟研究
２１ ７
ｐｐ ｃ
（ ＝， ）ａ
（ ２ ）
GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟
GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟作者：种润郭绍庆张文扬李柏泓赵梓钧黄帅来源：《机械制造文摘·焊接分册》2022年第01期摘要：为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题，采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。
计算表明，激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程，温度变化速率超过1×105℃/s。
热循环温度峰值超过2500℃，最高达2876℃。
激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。
后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高，先会释放前道沉积形成的应力，随着温度降低会造成更大的应力。
热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。
沉积层残余应力以拉应力为主，高达875MPa，沿沉积方向的应力分量最大。
基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800MPa左右，与其相对应的远处分布有残余压应力。
关键词：镍基高温合金;激光增材制造;有限元;温度场;应力场中图分类号：TG455前言镍基高温合金GH4169（美国牌号Inconel718）在-253～650℃范围内可以保持较高的力学性能、高的耐腐蚀性能、高的抗氧化性能、较佳的焊接性能及较高的疲劳性能，因此在航空、航天、石油管道、核工业等领域具有广泛的应用＼[1＼]。
增材制造技术，从开发设计模型到制造结构功能部件，彻底改变了传统制造业模式，推动下一代工程设计和创新的出现。
增材制造通过降低复杂几何构件的成本并极大提高设计自由度，对许多行业产生了重大影响＼[2＼]。
但是，激光增材制造过程中复杂的瞬态极速冷热循环过程导致热应力的产生，使零件变形甚至开裂，成为制约激光增材制造技术发展的关键问题＼[3＼]。
采用试验方法实时测量增材制造过程中变化极快的温度、应力等重要参数十分困难，因此难以对其进行过程监测及控制。
另一方面，传统的试验试错方法耗时耗力，而且一种材料、一台设备上得到的经验参数通常不能直接应用到其他材料与设备上，使工艺研发成本进一步升高＼[4＼]。
超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射
增刊激光探测、制导与对抗技术：论文摘要435激光辐照金属圆柱壳体热力学效应模拟王玉恒，刘峰，王立君，韩峰，刘钰，丁升（西北核技术研究所，陕西西安710024）摘要：激光辐照金属圆柱壳体的热力学效应是激光与物质相互作用研究领域受到诸多关注的一个研究方向，其主要研究内容包括材料和结构热响应和力学响应，结构的破坏失效，以及对破坏结果的定量评价等。
概述了作者所在课题组在激光辐照金属壳体热力学效应模拟方面的研究进展，分别给出了金属材料和结构激光辐照三维温度场的理论解，建立了壳体损伤特征温度的数值模拟方法，并对结构破坏失效的评价方法进行了理论探索。
通过以上研究建立了有关热响应、力学破坏以及破坏评价等方面的模拟技术，并获得了相关的热力学效应规律。
关键词：强激光；充压壳体；热响应；损伤特征温度；破坏评价基于Qt的显控系统图形显示的研究徐严涛1，孔令讲1，杨建宇1，张喜娟2，袁梁3(1.电子科技大学电子工程学院，四川成都610054；2.成都飞机工业(集团)有限责任公司技术中心，四川成都610054；3.电子科技大学后勤集团，四川成都610054)摘要：图形显示是显控系统重要的功能，对于硬件资源有限的嵌入式系统，如何在画面频繁切换的过程中保持画面的稳定是显控系统需要解决的重要课题。
针对此问题详细分析了Qt的显示与绘图机制，研究了本系统中产生画面闪烁的深层次原因，并给出了相应的解决方案。
目前这些技术已经成功应用于穿墙雷达显控系统，并取得了良好的效果。
关键词：图形显示；Q t；闪烁；区域剪裁；双缓冲机制超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射王光昶1,2，张建炜1，邓利1，郑志坚2（1.成都医学院物理教研室，四川成都610083；2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900）摘要：在超强脉冲激光与固体靶相互作用中，利用光学CCD相机和光学多道分析仪(OMA)，分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了光辐射积分成像图案和光谱。
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报告提纲
一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应
− 脉冲激光诱导的冲击波压力特征
− NiTi、单晶复杂本构介质冲击波传播
− STF能量耗散、水下爆炸规律研究 − 脉冲激光冲击效应相似律
三、连续激光对陶瓷/涂层的辐照效应 四、连续激光对CFRP的热力破坏效应
8/23
脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应
驱动系统 研究机构 试验环境
冲击硬化 试验环境
测量系统
光纤激光干涉测速(ns, 多点)
主要指标 …… 时间分辨率
激光器
IMECH 水下驱动 ns (0.2ns)(3)
试验环境 试样高温 加热环境
LLNL ns级
PVDF压力测量(ns-20GPa) 激光脉宽/能量/光束质量测量
LANL ns级
SNL ns级 125 m 1~104m/s 4点×2套 ± 0.1%
电离平衡关系-Saha方程； 等离子体逆韧致吸收机制； 电离气体的状态方程和热力学关系； 热弛豫能量吸收 ,103T 气动流场演化 10,106T
激光传播散射 ,T
FDTD方法
等离子体动力学方程
, T
长度尺度比Lp/ 10倍,时间变化tp/T 106倍
11/23
Lp,tp
激光在气体中爆炸的物理建模及其耦合关系
Maxwell方程
E H J t H E t
0.2
主要特色
─ 高温环境非接触全场测量
─ 新的数据处理算法(CWT)，低速： ~100m/s; 快变：ns~109 m/s2
0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 Time (μs) 0.8 1.0 1.2
(b)
400
surf HEL 0CeuHEL /2
300
Pmax 0 (C0 S
强激光的热与力学效应研究
黄晨光
中国科学院力学研究所
2015年07月 绵阳
1/23
报告提纲
一、引言 二、脉冲激光诱导的爆炸与冲击效应 三、连续激光对陶瓷/涂层的辐照效应
四、连续激光对CFRP的热力破坏效应
2/23
引言
激光特性
─方向性：小于毫弧度立体角→高照度光源等
─高亮度：太阳光高7－15量级→热与力学效应
入射激光
激光和等离子体相互作用 (逆韧致吸收和多光子电离) LSC/LSD波和气体激波形成
激光爆炸
LSC波—激光支持燃烧波
激光熄灭后 气体流场动力学膨胀
( ) 4
LSD波---激光支持爆震波
10/23
物理过程的跨尺度特征
• 激光传播和散射过程：光路追踪法或FDTD方法；
•
• • •
电离气体的运动演化过程：NS方程或Euler方程；
背景：Blast simulator, LSP
─ 光学平台上的“激光爆炸” ─ 近场小尺度动高压及其效应的模拟
压力特征？
波传播与材料动态？
高速摄影＋PIV：形貌、流场
PVDF：瞬态冲击波压力 PDV：结构自由面质点速度
相似律？ 其他应用？
FBG、应变片：结构的变形
9/23
脉冲激光诱导的冲击压力
激光的热力效应实验平台①ຫໍສະໝຸດ ②③激光器系统
① 与中科大合作研制激光器
实验环境与测量平台
— 光学平台，四轴运动器，试验靶箱 — 同步触发，脉宽测量，能量测量 — 速度测量，压力测量，图像采集
② 光谱物理Quanta-Ray PRO-350-10
③ IPG光纤激光器YLS-2000-CUT
5/23
主要特色 :多物理场同步高精度测量
激光武器/制造
激光制造/医疗
激光冲击效应
冲击波及爆炸效应 Laser driven shocks —flyer, spallation —LSP —LSD & LSC
热效应引起固液相变 形成熔池/激光制造 —laser welding —laser coating —DMD
4/23
热效应引起汽固相 变，制造/医疗 —laser drilling —laser surgery —laser writing
测试与数据采集 （软件系统）
4点×3套 ± 0.1%
控制系统
6/23
激光的热力效应测量方法
部件研制
0.6
a.u.
(a) laser pulse
Temporal Spatial
─ 3D-DIC全场变形测量技术
─ PDV (Photonic Doppler Velocimetry)
0.4
FWHM=7.3ns
压力的求解1: 理想化，激光+等离子体流动
─ Maxwell方程+Euler 方程+电离平衡Saha方程+EOS+共振吸收模型 ─ 质量间断层的Mott-Smith近似
光子吸收和散射
气体光学击穿和光致电离 低温等离子体形成和光辐射
温度和压力定标关系
T ( I ) 2
p I
3 4 1
1
─ 等离子体：逆韧致辐射吸收、共振吸收等
10 2~10 4 W/cm2 加热 10 4~10 6 W/cm2 熔融 10 6~10 8 W/cm2 汽化 10 8~10 10 W/cm2 等离子体
激光热负荷
热软化及热应力引 屈服/屈曲/断裂/疲劳 —thermal loading —weapon effects —assisted forming
surf (c) umax u surf 2 ) max Y0 P 2 2 3
Velocity (m/s)
200
100
0 0
0.2
0.4
0.6 Time (μs)
0.8
1
1.2
PDV测量, 激光冲击背表面速度
t=2s
3D-DIC测量，激光辐照薄板全场变形 7/23
t=4s
t=10s
t=20s
空间分辨率 测速范围(1)
光学平台
500(125) m
数据采集
高速高分辨率图像采集系统 125 m 125 m
1~104m/s
数据传输
数据采集
1~104m/s 4点 ± 0.1%
1~104m/s
Labview控制与采集
多点测量 上位机控制 测量精度(2)
（软件系统）
4（可扩展） ± 0.1%
─单色性：1013→通信、谱线宽度测量等 ─高相干性：无限的干涉程差→精密测量、制导等
激光与力学
─ 1964，钱学森建议命名“激光”，6403，强激光
─ 激光效应、激光先进制造，激光冲击与爆炸
3/23
激光的热力效应
热→力学效应
─ 金属介质：电子振动，辐射电磁波＋平动动能，与晶格相互作用 ─ 电介质：吸收很弱，缺陷吸收诱导破坏 ─ 半导体：光致电离、自由载流子吸收；电子与空穴复合产生热