辐照时间、脉宽、激光能量对热效应的影响
脉宽对飞秒激光辐照产生温度场的数值模拟
基 于双 温耦合 理论 ， 用有 限元方 法 ， 虑 激光 的空 间和 时间分 布 ， 采 考 数值 模 拟 高斯分 布 的 飞秒 激 光
辐 照金 属表 面产 生的温 度场 ． 出 了双 温方程 及数 值 模 型 ， 到金 属 材 料 中 电子 和 晶格 的温 度 场． 给 得
结果表 明飞秒 激光 的脉 冲 宽度 不仅 影响 某一 点 处 电子和 晶格 温 度 的上 升 速度 和 最 大值 ， 而且 影 响 着温度 场的 空间分 布 ； 当脉 冲宽度远 小于皮 秒量级 时 ， 电子和 晶格 的 温度达 到平衡 所 需 时间主要 取
决 于 电子与 晶格 的耦 合 作用 ； 当脉 冲 宽度 接 近 皮 秒 量级 时 ， 而 平衡 时 间主要 取 决 于激 光 的脉 冲 宽
度． 结论 为飞 秒激 光辐 照金属 激励 产 生应 力场、 声波 声场 等的进 一 步研 究提 供 了理 论基础 ． 该 超
关键 词 ：温度 场 ；飞秒脉 冲 激光 ； 温模 型 ；有 限元方 法 ；平衡 时 间 双 中 图分类号 ： Ｎ ４ Ｔ２１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： ６ ｌ ７ ７ （０ １ ０ ０ ９ ０ １７ 一 ７ ５ ２ １ ） ２— １ ９— ６
，
ｓ ａｉｌａ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｌｓ ａ ｅ ｏ ｈ ａ ｅ ｕ ｓ ｐ ｔａ ｎ ｅ ｏ ａ ｈ ｐ ｆｔ ｅ ｌｓ ｒｐ ｌｅ，ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅ ｆ ｌ ｆｔ ｅ ｍｅａ ｈ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉ ｆｔ ｅ ｅａｕｒ ｅ ｄ ｏ ｈ ｔｌ ｏ ｈ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｔ ｄ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅｏ ａ ｅ ｕ ｓ ｄ ｈ ｏ ｈ ｌｃ ｒｎ ａ ｄ ｌｔｉｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅｄ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆ１ｓ ｒｐ ｌｅ ｗｉ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅｅ ｔｏ ｎ ａ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｌ ｓ ｌ ｅ ｉ
辐照交联热效应带来的影响及工艺改进措施 李启
辐照交联热效应带来的影响及工艺改进措施李启辐照交联电缆与化学交联电缆产品相比,具备体积电阻系数大、介质损耗小、耐温等级高的特点。
使同样规格的产品载流量大大提高，辐照交联聚乙烯绝缘低烟无卤防水聚烯烃护套电力电缆在火焰自燃情况下产生极少烟雾、获释气体含卤元素，有毒(低毒)。
普遍用作高层建筑、医院、防灾指挥官调度楼、车站和民用机场、候车室、重点文物保护场以及地铁、地下商场或人工密集的公共场所。
电线电缆辐照加工是辐照交联获得耐温等级提高、载流量提升机耐溶剂性提升的关键原因，但是在辐照交联过程中，还有辐照交联反应、辐照再交联反应、电子陷阱、静电效应、热效应等[1] 。
它们是严重影响电线电缆辐照加工质量的关键问题，本文针对辐照交联过程中热效应带来的影响及其改进措施进行分析和改进。
1 辐照热效应机理及带来的危害电线电缆聚合物材料辐射加工所吸收的辐射能，仅仅是一部分用于化学和机构转变上，而大部分辐射能量转化为分子的激发和热。
由于聚合物对热量传递是低效率的，以至于所吸收的能量可导致相当高的温升，特别是对于高剂量的辐照加工，热效应问题要引起特别重视。
热效应的主要危害是温度升高到接近或者达到聚合物的熔点时，在辐照加工传输过程中，产品容易被拉伸变形，而且由于辐照加工中辐照氧化效应而产生的小分子产物如氢、一氧化碳来不及扩散出去而发泡，导致绝缘的破坏。
在实际生产中主要带来的问题由气泡、开裂、鼓包等一系列问题，见图1、图2、图3图1:绝缘气泡图2：绝缘鼓包图3：绝缘脱股2 危害产生原因及工艺改进措施2.1 危害产生原因以上生产过程中出现的问题对产品质量造成了严重的影响，根本原因在于辐照热效应产生的热量带来的温升远远超过了材料的玻璃化转变温度或者结晶熔点，辐照产生的分解产物来不及扩s散而导致的气孔或发泡现象。
2.2 工艺改进措施：对于影响辐照热效应的因素进行分析，制定改善措施：2.2.1 影响辐照热效应的主要因素有以下几个方面：a)绝缘材料配方构成和体系的平均热容对温度升高有着重要的影响，平均热容越小，同样剂量温度升高越大。
激光辐照效应
一 , 等离子体发展模型和膨胀模型1）在脉冲激光微加工中主要等离子体模型有：纳秒激光与物质相互作用中的单温模型飞秒激光与物质相互作用中的双温模型和库伦爆炸模型2）在研究激光辐照固体靶蒸汽等离子体形成时有动态烧蚀耗能模型和光线跟踪激光能量等离子体吸收模型。
3）其他的一些模型三温与多温电子等离子体自由膨胀的理论模型。
自相似解成功地再现了在激光等离子体自由膨胀中离子速度分布呈现的三峰和多峰结构,这些结构已在激光打靶的实验中频繁地观察到。
二，等离子体参数的测量的方法等离子的体的基本参数有：电子温度，电子密度等。
而这些参数都可以利用实验来测得。
例如利用光谱测量的光谱展宽，然后利用origin拟合曲线再萨哈方程就能计算得到粒子的电子温度和电子密度了。
三，激光支持燃烧波（LSCW）和爆破波（LSDW）的产生与传播，LSCW和LSDW 的分类法，基本结构，区别与判断方法。
LSCW向LSDW转化机制。
激光维持的燃烧波（LSC）和爆轰波（LSD）较强的激光束辐照于靶面时，使得靶蒸汽或者靶面附近的环境气体发生电离以致击穿，形成一个激光吸收区。
被吸收的激光能量转化为该区气体（或等离子体）的内能，与流动发生耦合，按照气体动力学的规律运动。
等离子体的一部分能量将以辐射的形式耗散，被凝聚态靶或周围气体所吸收。
这种吸收激光的气体或等离子体的传播运动通常称为激光吸收波。
主要的激光吸收区最终总是在环境气体中形成。
在极高光强下，真空环境中的把蒸汽也会产生激光吸收波。
对于LSC，前面运动的冲击波对激光是透明的，等离子体区域是激光的吸收区。
以亚声速向前推进，依靠输运机制（热传导、热辐射和扩散）时期前方冷气体加热和电离，维持LSC及其前方冲击波的传播，波后是等离子体区，等离子体温度为1~3eV。
对于LSD，冲击波阵面就是激光吸收区，被吸收的激光能量直接支持冲击波前进，LSD波相对于波前介质超声速运动，等离子体温度为10eV到几十电子伏。
此冲击波压缩前方的气体，使之升温电离、吸收激光，成为新的波阵面，上溯激光入射方向继续传播。
超快脉冲激光辐照金属薄膜热-力效应的模拟研究
超快脉冲激光技术作为一种新型材料加工方法，已经得到了广泛的关注和应用。
在材料加工过程中，超快脉冲激光可以产生极短的脉冲时间，将能量集中释放到材料表面，从而实现高精度、高效率的加工。
与传统的激光加工相比，超快脉冲激光在材料加工中具有更高的能量密度和更快的加工速度，同时对材料的热-力效应影响更加显著。
金属薄膜是一种常见的材料，在航空航天、电子器件和光学器件等领域都有广泛的应用。
研究金属薄膜在超快脉冲激光辐照下的热-力效应，对于优化材料加工工艺、改进产品性能具有重要意义。
通过模拟研究超快脉冲激光辐照金属薄膜的热-力效应，可以为这一领域的研究提供重要的参考和指导。
本文通过对超快脉冲激光辐照金属薄膜热-力效应的模拟研究，分析了该过程的原理、特点和影响因素，以期为相关领域的研究提供一定的参考价值。
一、超快脉冲激光技术介绍1. 超快脉冲激光的基本原理超快脉冲激光是通过将能量集中释放到材料表面，产生瞬时的高温和高压，从而实现材料表面的精密加工。
其脉冲时间极短，一般在飞秒（fs）至纳秒（ns）数量级，能够在极短的时间内完成加工过程，避免了对材料的热干扰和机械应力影响，实现了高精度、高效率的加工。
2. 超快脉冲激光在材料加工中的应用超快脉冲激光在材料加工领域具有广泛的应用，可以用于微纳加工、光刻、激光打印等。
其高能量密度和快速加工速度，使得其在材料加工中具有独特的优势，尤其适用于对材料表面进行精密加工和改性。
二、金属薄膜的特性及应用1. 金属薄膜的特性金属薄膜是一种具有特殊物理、化学性质的材料，其具有优异的导电性、热传导性和机械性能，因此广泛应用于电子器件、光学器件等领域。
2. 金属薄膜在工程应用中的意义金属薄膜在工程应用中具有重要的意义，例如在电子器件中作为导电层、光学器件中作为反射膜等。
对金属薄膜的研究，可以帮助优化其性能和应用。
三、超快脉冲激光辐照金属薄膜的热-力效应模拟研究1. 辐照过程中的温度和压力分布通过数值模拟的方法，可以分析超快脉冲激光辐照金属薄膜时，材料的温度和压力分布。
飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化
飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化乔相信;成艺光;唐恩凌;韩雅菲【摘要】空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征,直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施.本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统,开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验,获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间,并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果,经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布.实验结果表明:在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下,激光脉冲输出重复频率越低,诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长,近似呈非线性增长;随着激光输出重复频率的增大,激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主,逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤;当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时,永久毁伤的出现时间将显著延长.并通过对回归参数的计算和假设检验,给出了回归参数的置信度1-α为95％的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】11页(P815-825)【关键词】飞秒脉冲激光;毁伤效应;铁电存储器(FRAM);温度场分布【作者】乔相信;成艺光;唐恩凌;韩雅菲【作者单位】沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159【正文语种】中文【中图分类】O432.1+21 引言目前，空间辐射效应及其衍生问题严重影响航天器的在轨安全运行，单粒子效应(SEE)已成为空间高能粒子辐射下电子设备故障的主要原因，而激光辐射的热效应及其带来的热演化问题是单粒子效应中的关键问题［1-2］。
脉冲激光参数在烧蚀固体材料过程中的影响
脉冲激光参数在烧蚀固体材料过程中的影响作者：杨小琦张长水徐海斌叶宝娟来源：《硅谷》2009年第02期[摘要]介绍长脉冲激光和短脉冲激光与固体材料相互作用时的物理模型。
介绍激光作用过程中，脉宽、波长等激光参数对材料烧蚀阈值以及加工质量的影响。
[关键词]脉冲激光激光参数激光加工烧蚀阈值双温方程中图分类号：TN2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120115－02一、引言自1960年第一台激光器问世起，激光技术就变现出了其强大的生命力，发展到现在几乎渗透到自然科学的各个领域。
随着激光技术的发展，激光与物质的相互作用不仅仅在纯物理研究领域里被人们普遍关注，而且在现代化生产和生活中也得到了广泛应用。
激光与物质的相互作用的主要物理现象之一就是其热效应。
这一过程跟多种因素有关，既与激光光源有关，又与作用材料及外部环境有关。
材料本身的热耦合系数、热常数、吸收系数、反射系数等都会对作用过程产生影响；激光光源的因素主要有脉宽、能量、功率密度、激光波长、重复率、光强分布等，其中任何一种因素都会对作用过程产生重要影响。
也正是激光参数的这种多样性给激光与物质相互作用这一研究领域增添了活力，进一步开拓激光的应用范围。
二、理论模型（一）长脉冲激光与物质相互作用的理论模型激光脉冲辐射到材料表面上，靶材就会吸收激光能量使自身温度升高，热量积累到一定程度就会对靶材造成破坏。
这种热转换主要由三种方式：电子热传导、声子热传导和辐射热传导。
长脉冲与物质相互作用的过程多用热传导方程来描述：式中K为热导率，P为材料密度，C为材料比热容，T为温度，t为时间变量，为每单位时间、单位体积传递热给固体材料的加热速率。
通常的假定条件如下：（1）被加热材料是各向同性物质；（2）材料的热物理参数与温度无关或取特定的平均值；（3）忽略热传导中的辐射和对流，只考虑材料表面的热传导。
（二）超短脉冲激光与物质相互作用模型随着激光技术的发展，出现了飞秒激光这种超短脉冲，其作用机理与传统的连续激光和长脉冲激光加工材料的机理不同，其激光场强非常高，是一个多光子吸收过程，非线性吸收是主要过程。
激光和光选择性光热作用原理培训课件
激光和光选择性光热作用原理
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病例
激光和光选择性光热作用原理
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伊藤痣
与太田痣病理相似，多发生于躯干及四肢 部位。
激光和光选择性光热作用原理
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颧部褐青色痣
又称获得性双侧太田痣样斑，表现为对称 分布于双侧颧部、颞部、眼睑，群而又不 合的类圆形灰青色斑点，斑点间可见正常 皮肤，多见于30岁以下女性，病理表现为基 底层黑素细胞数量增加，真皮浅层散在或 弥漫分布长梭形黑素细胞，内充满褐色色 素颗粒
激光和光选择性光热作用原理
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黄褐斑
黄褐斑（chloasma）中医学称肝斑，目前认为黄褐斑可能与妊娠、口服避孕药、 某些慢性病的内分泌紊乱、某些药物、化妆品、遗传、微量元素、局部微生 态失衡（需氧G-杆菌增加）、肝脏疾病及紫外线等有关。
临床表现 对称分布于面部，以颧部、颊部及鼻、前额为主，偶见于颏和上唇部。 淡褐至深褐色斑，大小不一，边缘清楚或呈弥漫性，有时呈蝶翼状。 女性多见，多开始于妊娠期第2-5个月，分娩后来月经时即见消失。但也有发
一。
与日晒关系显著，夏季加重，冬季减轻。
激光和光选择性光热作用原理
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病例对比
激光和光选择性光热作用原理
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咖啡牛奶斑
咖啡牛奶斑
（cafe au lait spot）为遗传性皮肤病，色素斑处的黑色素细胞和角质形成
细胞内黑色素增多，黑色素细胞活性亢进，产生大量黑色素，形成咖啡
斑色素沉着。咖啡斑可谓多系统疾病的一种标志，如多发性神经纤维瘤、
静止期，激光只能作用于生长期之内 每次治疗间隔1-2个月 脱毛不是绝毛，最终效果是毛发减少，变细，变
稀，变成细小绒毛样
激光和光选择性光热作用原理
激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响
激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响江修娥;王斌;刘剑;张宏超【摘要】纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年，但纳秒量级以上脉宽却很少提及。
因此，针对10 ns～1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究，计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布，并分析了其激光热损伤特性。
结果表明，对于长脉宽激光，热扩散深度大，薄膜损伤的电场效应被削弱，热传导效应在损伤中占据主导地位，损伤可至基底；短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感，损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。
进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验，损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。
%The laser damage in optical thin films with pulse duration of nanosecond or below nanosecond has been studied several decades,while the study with pulse duration longer than nanosecond was little mentioned. Laser ther-mal damages in optical thin films with different pulse durations from ten nanoseconds to one millisecond were investi-gated. The temperature field distributions of high-reflection (HR)film,anti-reflection (AR)film and interference fil-ter (AF)were calculated,and their laser thermal damage properties were analyzed. The results show that electric field effect of film damage is weakened as thermal diffusion depth increases for long pulse duration laser,and heat con-duction effect dominates in damages,meanwhile,damage layer can extend to the substrate. The damage is more sensi-tive to electric field distribution of film inner for short pulse duration laser,and the damage occurs near filmarea with the highest temperature. Finally,the damage experiments of optical thin films induced by 1 0 ns and 1 ms lasers are carried out. The experimental results of damage morphologies are consistent with the analytical results of thermal dam-age.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】6页(P32-37)【关键词】激光损伤;光学薄膜;温度场【作者】江修娥;王斌;刘剑;张宏超【作者单位】安徽工业大学数理科学与工程学院，安徽马鞍山243032;安徽工业大学数理科学与工程学院，安徽马鞍山243032;安徽工业大学数理科学与工程学院，安徽马鞍山243032;南京理工大学理学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O437光学薄膜是激光系统中重要而又易损伤的薄弱环节,激光束对这些光学薄膜的破坏是限制激光器输出的瓶颈。
激光辐照金属球化原理
激光辐照金属球化原理
激光辐照金属球化是一种常见的金属加工技术，通过激光束的照射，使金属表面迅速升温并迅速冷却，从而实现金属的球化处理。
这种技术被广泛应用于制造业，特别是在微电子、航空航天和汽车工业中。
让我们来了解一下激光辐照金属球化的原理。
当激光束照射到金属表面时，能量会被吸收并转化为热能。
金属表面的温度会迅速升高，超过了金属的熔点。
在这个瞬间，金属表面开始熔化，并形成一个熔融池。
然后，当激光束停止照射时，金属表面的熔融池会迅速冷却。
由于冷却速度非常快，金属表面凝固的时间很短。
这种快速冷却的过程导致了金属表面的球化现象。
球化的原理可以从热力学的角度解释。
当金属表面熔化时，熔融池内部的原子会重新排列，形成一个更稳定的结构。
这种结构可以减小金属表面的能量，从而使金属表面呈现出球形。
激光辐照金属球化的过程还与激光参数有关。
激光的功率、脉冲宽度和扫描速度等参数会影响金属表面的温度升高和冷却速度。
通过调整这些参数，可以实现不同形状和尺寸的金属球化。
除了金属球化，激光辐照还可以用于其他金属加工过程。
例如，激
光切割和激光焊接等。
这些技术在现代制造业中发挥着重要的作用，提高了生产效率和产品质量。
激光辐照金属球化是一种重要的金属加工技术。
它通过激光束的照射，使金属表面快速升温和冷却，实现金属的球化处理。
这种技术在制造业中应用广泛，为我们的生活带来了便利和进步。
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。
光学基础篇
• 既有侵袭性治疗的快速和显著效果又有非侵袭性 治疗副作用少，恢复时间短的优势。
点阵激光的波长特点
• 1320-1550nm – 水吸收为主/热损伤&热变性 – 穿透深/热刺激较强 – 主要作用真皮深层 • 10600nm – 色素、水吸收/气化&热变性 – 穿透较深/热刺激强 – 可作用于表皮与真皮 • 2790-2940nm – 水吸收强/气化 – 穿透浅/热刺激轻 – 主要作用于表皮
光技术参数
3、脉宽(T) 物理定义：脉冲波峰值（P）降低至一半（P/2）时所对 应的两个时刻差称为脉冲宽度（脉宽）。
T
T
临床意义：脉宽的临床意义在于光的热损伤和热传导，照射时 间越长，靶细胞接受的热量强度和范围越广(热传导) 损伤组织影响因素：光强度、脉宽 选择脉宽主要取决于肤色：黑色素越多，对光的吸收越强，波
吸收/临床
黑色素：显微爆破 血管内皮:凝固性坏死/变性 毛囊组织：凝固性坏死/变性 胶原组织与纤维母细胞：皮肤年轻化 常用的“光源”：激光、IPL、RF
脉宽/临床
皮肤组织各级水平热致作用表
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 热致水平 热致温度 持续时间 临床表现 ────────────────────────────────── 热 敷 38～40℃ 长时间 温热感觉 热致红斑 43～44℃ 长时间 微血管充血扩张见红斑反应 热致水疱 47～48℃ 数秒 炎性渗出物潴留皮内,表真皮分离 热致凝固 55～60℃ 约10秒 受照处皮肤组织凝固坏死 热致沸腾 100℃以上 数秒 皮肤组织中的组织液沸腾 热致炭化 300～400℃ 瞬间 可见呈棕黑色干性坏死组织, 伴有水蒸气白烟 热致燃烧 530℃以上 瞬间 可见火光,伴有水蒸气白烟 热致汽化 5730℃ 瞬间 皮肤由固体立即变成气体, 并以极 高的速度射出, 留下一个凹陷, ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
激光辐照铝合金材料热效应分析
激光辐照铝合金材料热效应分析激光辐照铝合金材料热效应分析引言：近年来，随着激光技术的快速发展，激光辐照已经成为一种广泛应用于材料处理和加工领域的重要方法。
在激光辐照过程中，激光能量会被材料吸收，并转化为热能，导致材料发生热效应。
研究激光辐照材料的热效应，对于深入理解激光与材料相互作用的机理以及优化激光加工过程具有重要意义。
本文将对激光辐照铝合金材料的热效应进行分析与探讨。
一、激光辐照的热效应激光辐照时，激光能量会被材料表面吸收，进而扩散到材料内部，并通过热传导使整个材料受热。
在热效应分析中，主要关注以下几个方面的热效应。
1. 热传导效应激光辐照时，材料内部的热将通过热传导向周围扩散。
热传导效应的强弱取决于材料的导热性质和温度梯度。
辐照时的高温区域会通过热传导作用向低温区域传递热能，导致温度分布的均匀化过程。
2. 热膨胀效应材料在受热后会发生热膨胀，这是因为高温使材料内部原子的热运动增强。
热膨胀效应会导致材料尺寸的变化，尤其是对高温下非均匀受热的材料而言，可能引起材料的形变和应力集中。
3. 熔化效应当激光功率达到一定阈值时，材料表面会发生熔化现象。
熔化效应是由于激光的高能量使材料表面温度升高到熔点以上。
熔化时，材料表面的固态结构被打破，原子之间的结合力降低，形成液态。
在熔化过程中，液态材料可能会发生流动、凝固或进一步气化。
二、激光辐照铝合金材料的热效应分析铝合金作为一种常用的工程材料，在激光辐照过程中也会发生热效应。
激光辐照铝合金材料的热效应主要表现为以下几个方面。
1. 温度分布激光辐照使铝合金材料受热，导致温度分布的变化。
温度分布取决于激光功率、扫描速度、辐照时间以及材料的导热性质。
通常情况下，激光的光斑在材料表面会形成一个高温区域，随着扫描的进行，高温区域会随着激光的移动而改变。
温度分布的变化对于材料的热处理和加工过程有重要影响。
2. 热膨胀和形变激光辐照铝合金材料时，热效应会导致材料的热膨胀和形变。
毫秒级脉冲激光辐照脆性材料的热—力学效应
毫秒级脉冲激光辐照脆性材料的热—力学效应本文从数值模拟和实验两方面对毫秒级脉冲激光静态辐照和动态扫描脆性材料过程中的温度场和应力场进行了分析,进而就毫秒级脉冲激光对脆性材料的损伤机理,扫描情况下的可控断裂过程,高温情况下脆性材料的塑性转变过程等方面进行了研究。
基于固体热传导理论,建立了轴对称有限元计算模型,对毫秒级脉冲激光静态辐照单晶硅材料过程中的温度场和应力场进行了模拟分析。
热应力场分布规律的分析结果显示激光辐照过程中最有可能在激光辐照区域周围首先出现沿径向发展的裂纹。
根据不同能量密度的波长1064m毫秒级脉冲激光对单晶硅的损伤实验结果,结合热应力的数值模拟结果对损伤机理进行了分析,可知环向应力和径向应力的共同作用导致裂纹沿径向开裂后再趋向环向发展。
建立了三维有限元热弹计算模型,对毫秒级脉冲激光动态扫描脆性板状材料过程中的温度场和应力场进行了分析,并对材料边缘含有裂纹情况下的裂纹尖端的应力强度因子变化情况进行了模拟计算。
计算结果表明,在激光加热区域前后位置存在两个拉应力区,裂纹尖端的应力集中现象诱发材料持续开裂并引导裂纹沿激光扫描方向扩展。
类比于单脉冲激光辐照过程中应力场和温度场对称分布的规律,对双脉冲激光扫描含裂纹的单晶硅片过程中应力场的分布变化情况进行了模拟,并对不同激光光斑间距、不同激光功率情况下裂纹尖端的应力强度因子变化规律进行了分析。
采用热弹塑计算模型,对脆性材料在激光辐照下的塑性转变过程进行了有限元计算模拟,分析了激光辐照过程中热膨胀和热软化对热应力的影响,并对塑性转变过程中的应力释放过程、塑性区域的发展过程进行了研究。
结果显示,激光辐照过程中热软化使塑性区域不断扩大,由于温升变缓,过程中塑性区域的扩大速率随时间减小。
本文的研究结果有助于加深对毫秒级脉冲激光辐照脆性材料过程中的温度场、应力场变化过程的理解,同时为脆性材料的抗激光损伤、激光切割、激光成形提供理论依据和实验支持。
《脉冲激光辐照光学镜片的热力毁伤及对成像的影响》
《脉冲激光辐照光学镜片的热力毁伤及对成像的影响》一、引言随着激光技术的飞速发展，脉冲激光在工业、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
然而，激光的高能量密度和短脉冲特性使得其在与物质相互作用时，尤其是与光学镜片接触时，会产生显著的热力毁伤效应。
这种毁伤不仅会损害镜片本身的性能，还会直接影响到其成像质量。
本文旨在研究脉冲激光辐照光学镜片时的热力毁伤过程及其对成像的影响。
二、脉冲激光与光学镜片的相互作用脉冲激光是一种具有高能量密度和短脉冲宽度的激光。
当脉冲激光照射到光学镜片上时，其高能量密度会导致镜片表面迅速升温，产生热应力。
此外，由于激光的短脉冲特性，这种热应力会在极短的时间内产生并迅速传播到镜片内部。
这种快速的加热和冷却过程可能导致镜片表面及内部的热力毁伤。
三、热力毁伤过程及机制1. 表面毁伤：脉冲激光的直接照射导致镜片表面迅速升温，产生高温烧蚀和热应力裂纹。
这些裂纹会破坏镜片的表面结构，降低其光学性能。
2. 内部毁伤：由于激光的快速加热和冷却过程，镜片内部会产生热应力，导致内部结构的破坏。
这些破坏包括微裂纹、相变等，进一步影响镜片的光学性能。
3. 毁伤机制：热力毁伤的主要机制包括热传导、热膨胀和热应力。
当激光能量密度达到一定程度时，这些机制会共同作用，导致镜片表面的烧蚀和内部结构的破坏。
四、对成像的影响1. 光学性能下降：热力毁伤会导致镜片的光学性能下降，包括透光率降低、折射率变化等。
这些变化直接影响镜片的成像质量。
2. 图像畸变：镜片内部的微裂纹和相变可能导致图像的畸变。
这种畸变表现为图像的模糊、失真等，严重影响成像质量。
3. 分辨率降低：由于热力毁伤破坏了镜片的表面结构和内部结构，使得镜片的分辨率降低。
这会导致图像的细节丢失，降低成像的清晰度。
五、结论与展望本文研究了脉冲激光辐照光学镜片时的热力毁伤过程及其对成像的影响。
研究表明，脉冲激光的高能量密度和短脉冲特性会导致镜片表面的烧蚀和内部结构的破坏，从而影响其光学性能和成像质量。
激光与金属材料相互作用的热效应分析
激光与金属材料相互作用的热效应分析简欣;徐让书;邵长浩;李骏【摘要】激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD 软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》【年(卷),期】2014(031)001【总页数】4页(P33-36)【关键词】激光辐照;金属材料;温度场;数值模拟;热效应【作者】简欣;徐让书;邵长浩;李骏【作者单位】沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院),沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TN241激光辐照金属材料是一个极其复杂的物理与化学变化过程，激光辐照下金属材料表面温度将会快速上升，很快达到材料的熔点。
尹益辉等[1]总结了快速加热下金属力学性能温升率效应研究的有关工作和结果。
袁永华等[2]分析了不同频率激光辐照涂层壳体材料的温升特性。
赫秋龙等[3]考虑了材料的质量热容、热导率、驰豫时间等热力学参数随温度非线性变化因素的影响。
他们都没有研究氧化反应对金属温升以及气流温度的影响。
激光加载下金属材料的温度场以及相变过程取决于壁面的加载条件，在有附面层气流切向吹过靶材表面时，气流流动引起的对流换热以及靶料和空气中氧气发生的氧化反应放出的热量将对靶材内部温度有影响。
氧化反应的放热量由氧化反应热和氧化反应的程度所决定[4]。
本课题主要研究在激光加载下，从激光加载时刻开始，金属靶材就会与表面气流中的氧气发生反应，而且有亚音速气流流过金属表面，对流换热、氧化放热和激光加载的能量综合作用在靶材上影响靶材的温度场和气流的温度。
激光脉宽超过热热弛豫时间
激光脉宽超过热热弛豫时间
激光脉宽超过热弛豫时间，突破光学限制的新篇章。
激光技术一直以来都是科学和工程领域中的重要工具，它在通信、医学、材料加工等领域都有着广泛的应用。
然而，传统的激光
脉冲宽度受到了热弛豫时间的限制，这一限制一直以来都是激光技
术发展的瓶颈之一。
但是，最近的一项研究却突破了这一限制，为
激光技术的发展开辟了新的可能性。
热弛豫时间是指激光材料在受到激发后重新回到基态所需的时间，它决定了激光脉冲宽度的下限。
传统的激光技术往往受到这一
限制，导致无法获得更短脉冲宽度的激光。
然而，最新的研究表明，通过利用新型材料和先进的激光脉冲调控技术，可以突破热弛豫时
间的限制，实现激光脉宽超过热弛豫时间的突破性进展。
这一突破为激光技术的发展带来了许多新的机遇。
首先，超短
脉冲激光的应用领域将得到进一步拓展，比如在超快激光成像、高
精度激光加工等方面将会有更加广泛的应用。
其次，超短脉冲激光
对于材料的相互作用也将会产生全新的效应，这将为材料科学和纳
米技术的发展带来新的动力。
另外，超短脉冲激光还将为量子信息
处理、激光核聚变等前沿领域的研究提供新的工具和方法。
总的来说，激光脉宽超过热弛豫时间的突破，将会为激光技术的发展带来深远的影响，推动激光技术向着更加精密、高效的方向发展。
相信随着这一突破的不断深化和应用，激光技术将会在更多领域展现出其强大的潜力，为人类社会的发展做出更大的贡献。
激光脉宽效应
激光脉宽效应
激光脉宽效应是指激光脉冲的宽度对其相应的光学效应产生的
影响。
在激光处理、激光切割、激光照射等领域，激光脉宽效应都是一个重要的研究方向。
首先，激光脉宽的变化会影响激光的多普勒效应和时间分辨率，从而影响到它们在物质中的传播和相互作用。
特别是在高功率激光照射下，激光脉宽的变化会导致材料的热效应和非线性光学效应的变化，从而影响到激光加工的质量和效率。
其次，在激光制备纳米材料和光子晶体等领域，激光脉宽效应也显得尤为重要。
研究发现，激光脉宽的变化会影响到光学吸收和散射等效应，从而影响到纳米材料和光子晶体的生长和结构。
最后，激光脉宽效应还可以应用于激光测量和激光成像等领域。
例如，在超快激光脉冲测量中，激光脉宽的变化会影响到测量的时间分辨率和信噪比，从而影响到测量结果的精度和可靠性。
总之，激光脉宽效应是一个复杂而又重要的研究方向，对于深入理解激光与物质相互作用的本质机制、优化激光加工和测量技术等都具有重要的意义和应用价值。
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辐照时间、光斑、激光能量对热效应的影响
这种类型的热损伤在连续照射和长脉冲激光照射中常常可以见到， 但是对短脉冲也会发生。对于1mm～2mm或更小级别尺寸的辐照光斑，辐 射热流导致的损伤取决于光斑大小。
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课程小结
➢ 本小节主要讲述了脉宽对热效应的影响。
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辐照时间、脉宽、激光能量对热效应的影响
课程：激光安全与防护 主讲教师：余靖华
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教学目标
了解辐照时间、光斑、激光能量对热效应的影响。
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辐照时间、光斑、激光能量对热效应的影响
吸收光能后的组织温度升高△T，与激光的能量E组织的激光吸收量
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作业布置
作业
1. 简述辐照时间对热效应的影响？ 2. 简述光斑对热效的散热能力（分别为组织的厚度、密度
和比热）成反比。 对于一个光斑直径和功率固定的激光辐射，曝光时间与组织温升在 一定范围内也呈现性关系，即曝光时间越长，组织升温越高。
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辐照时间、光斑、激光能量对热效应的影响
激光二次损伤的发生可能与组织受热反应的时间有关，反应的时间 又直接与激光的脉宽和冷却时间有关。在受热和冷却两个时段都会发生 热化学反应，引起依赖光斑大小的热损伤。由于传导是光斑聚集大小的 函数，它决定了周边扩散的程度及最初组织受热区的温度，因此，对于 损伤来说，光斑大小也是非常重要的。