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《長脈沖激光輻照層狀材料的熱力效應(yīng)研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、分類號LDC：密級：衛(wèi)躉逾編號：彩磣和長脈沖激光輻照層狀材料的熱力效應(yīng)研究Studyonthermal·mechanicaleffectoflayeredmaterialsinducedbylongpulselaserirradiation學(xué)位授予單位及代碼：長春理工大學(xué)(10186)學(xué)科專業(yè)名稱及代碼：迸生lQZ蝗Q22研咒萬向：堂堂地焦基當(dāng)塑亟揎亙監(jiān)旦申請學(xué)位級別：蝗±指導(dǎo)敦帥：堂皇塑研究生：生蝎論文起止時間：上地魚蛆生虬世jl+長春理工大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的博士學(xué)位論文《長脈沖激光輻照層狀材料的熱力效應(yīng)研究》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下．獨立進(jìn)行研究工作所取
2、得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外．本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者襁曙毋5—獨＆年—玉月旦日長春理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解“長春理工大學(xué)碩士、博士學(xué)位論文版權(quán)使用規(guī)定”，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬長春理工大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為長春理工大學(xué)。同意長春理工大學(xué)保存井使用學(xué)位論文：同意長春理工大學(xué)向國家圖書館、中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社、中國科
3、學(xué)信息研究所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。(涉密論文在解密后遵守此規(guī)定)論文涉密情況約定：(打“√”選擇)d本論文非涉密論文?？诒菊撐膶儆谏婷苷撐?，在——年解密后使用本授權(quán)書。作者毖墮!丑已年』衛(wèi)日導(dǎo)師簽名艘r硨土月衛(wèi)日●0d_．1，●qZ、{摘要本文采用理論計算和有限元數(shù)值模擬的方法對長脈沖激光輻照層狀材料的熱力效應(yīng)進(jìn)行了建模和求解，研究了其產(chǎn)生、變化直至材料損傷的特性與規(guī)律?；诟道锶~熱傳導(dǎo)理論和解析法建立了長脈沖激光輻照單層半導(dǎo)體材料的一維、二維平面的溫度場計算模型．計算了材料內(nèi)的瞬態(tài)漏度場。然后采用半解析法建立了波長o53}un的長脈沖激光輻照GaAs的二
4、維軸對稱溫度場計算模型，模擬了吸收率不同的GaAs內(nèi)部的瞬態(tài)溫度場及表面熱致分解損傷閾惶．結(jié)果表明：較高的吸收率引起材料表面的溫升較高，但分解損傷閩值較低：增加作用激光能量密度，GaAs表面發(fā)生分解損傷隨之提前。針對長脈沖激光輻照單層半導(dǎo)體材料的熱力問題，基于熱傳導(dǎo)理論和熱彈性力學(xué)理論，采用解耦的方式．建立了二維軸對稱熱力耦臺模型。采用有限元法模擬了硅材料的瞬態(tài)溫度場、熱應(yīng)力場和位移場。研究發(fā)現(xiàn)：硅的最大徑向壓應(yīng)力和最大環(huán)向壓應(yīng)力均出現(xiàn)在材料表面淺層的中心軸上，如果該處應(yīng)力超過極限強度時．將導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂紋．進(jìn)而發(fā)生熱力損傷：在其他參數(shù)相同的情況下．材料的吸收系數(shù)與吸收率較大時、且長脈
5、沖激光輻照硅的熱源強度較高致使其產(chǎn)生的溫升較高、撮大壓應(yīng)力值較大、導(dǎo)致的最大軸向位移量較大。在建立了長脈沖激光輻照雙層材料的熱力耦臺模型基礎(chǔ)上，采用有限元法分別模擬了鋁一銅系統(tǒng)和鋁-玻璃系統(tǒng)的溫度場、熱應(yīng)力場和位移場，最后分析和比較了這兩種系統(tǒng)的溫度場分布、等效應(yīng)力場分布和位移場分布規(guī)律，研究結(jié)果表明，由于各層材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差異，在相同條件的激光輻照下．系統(tǒng)在厚度方向上的溫度分布和應(yīng)力分布均出現(xiàn)了不連續(xù)現(xiàn)象，因而破壞效果不同，表現(xiàn)為：鋁．銅系統(tǒng)發(fā)生斷裂的危險地帶位于輻照表面的中心軸附近：而鋁．玻璃系統(tǒng)位于雙層材料交界面的中心軸附近t并且鋁-玻璃系統(tǒng)的溫升較高、等效應(yīng)力值
6、較高、位移量較多。因此．在相同能量密度的長脈沖激光輻照下，鋁．玻璃系統(tǒng)更容易技生熱力效應(yīng)損傷，并從應(yīng)力值雖大的位置向周圍擴大，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)斷裂破壞。建立了波長106肛l的長脈沖激光輻照幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD傳感器的MOS光敏單元的熱力耦合模型，采用有限元法模擬了長脈沖激光輻照MOS光敏單元的溫度場和應(yīng)力場．得到了長脈沖激光致使MOS光敏單元產(chǎn)生硬破壞的結(jié)果：在長脈沖激光作用下t由于s層表面徑向壓應(yīng)力超過其抗壓強度引起MOS光敏單元出現(xiàn)了Os層問分裂，并在徑向、環(huán)向和軸向壓應(yīng)力的共同作用下，層間分裂就擴大至光敏單7i的整個Os層間。Os層間的完全分裂將導(dǎo)致光敏單元發(fā)生硬破壞，進(jìn)而使CCD
7、傳感器中激光照射區(qū)的單個或一列光敏單元的功能完全喪失。本文的研究結(jié)果對研究長脈沖激光輻照層狀材料的熱力效應(yīng)的演化特征與規(guī)律，進(jìn)而揭示長脈沖激光與層狀材料相互作用機理具有參考意義。關(guān)鍵詞：長脈沖激光激光輻照熱力效應(yīng)激光損傷溫度場熱應(yīng)力場ABSTRACTThispaperadoptedthemethodsoftheoreticalcalculationandfiniteelementnumericalsimulationtomodelandthen
