強(qiáng)激光遠(yuǎn)場(chǎng)輻射光學(xué)材料的熱效應(yīng)研究.pdf

1、激光經(jīng)過差不多六十年的快速發(fā)展，如今在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都能見到它的身影。特別是隨著技術(shù)的革新，激光的功率越來越大，這也為激光應(yīng)用開辟了新領(lǐng)域－激光武器。激光武器由于具有高精度、抗干擾能力強(qiáng)和機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，各國都投入了大量的精力對(duì)其開展研究。
　　本文主要圍繞強(qiáng)激光遠(yuǎn)場(chǎng)輻射光學(xué)材料的溫度場(chǎng)展開，分析了強(qiáng)激光在大氣中傳輸?shù)臋C(jī)理，較為詳細(xì)的推導(dǎo)了由連續(xù)激光造成的穩(wěn)態(tài)熱暈效應(yīng)的方程式以及由脈沖激光造成的瞬態(tài)熱暈效應(yīng)的方程式；分析了強(qiáng)激光輻

2、射光學(xué)材料的機(jī)理以及激光束在材料中的傳輸特點(diǎn)和受到的影響，研究了激光束進(jìn)入光學(xué)材料后的吸收機(jī)制并推導(dǎo)出了相關(guān)的熱傳導(dǎo)公式；結(jié)合實(shí)際情況分別推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系下高斯型激光束輻照射光學(xué)材料的三維溫度場(chǎng)；詳細(xì)推導(dǎo)了短脈沖激光、長脈沖激光以及連續(xù)激光遠(yuǎn)場(chǎng)輻射光學(xué)材料溫度場(chǎng)的解。
　　本文的主要工作如下：
　　1.介紹了強(qiáng)激光在大氣中傳輸時(shí)產(chǎn)生熱暈效應(yīng)的物理機(jī)理，從激光與大氣之間相互作用方程出發(fā)，闡述了連續(xù)激光受到的穩(wěn)態(tài)熱暈

3、效應(yīng)以及脈沖激光受到的瞬態(tài)熱暈效應(yīng)的特性和解析結(jié)果。并通過數(shù)值模擬分析了激光初始發(fā)射功率、激光在大氣中傳輸?shù)木嚯x、激光束腰半徑以及風(fēng)速對(duì)穩(wěn)態(tài)熱暈效應(yīng)的影響。對(duì)比分析了短脈沖激光和長脈沖激光受到的瞬態(tài)熱暈效應(yīng)的區(qū)別。
　　2.分析了激光輻射光學(xué)材料過程中，光學(xué)材料對(duì)入射光束的反射、透射和吸收物理機(jī)制。研究了強(qiáng)激光與光學(xué)材料兩者相互作用的物理機(jī)理，分析了本征吸收、自聚焦效應(yīng)、多光子電離和電子崩、雜質(zhì)缺陷以及非線性吸收過程。研究了強(qiáng)激光

4、輻射光學(xué)材料時(shí)，激光束在材料中引起的熱量轉(zhuǎn)移過程、運(yùn)用麥克斯韋方程組，推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系下的熱傳導(dǎo)方程，并給出了圓柱坐標(biāo)系下含內(nèi)熱源的熱傳導(dǎo)方程式。
　　3.從熱傳導(dǎo)方程出發(fā)，運(yùn)用積分變換法，分別在直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系下，推導(dǎo)出強(qiáng)激光輻射光學(xué)材料的三維溫度場(chǎng)函數(shù)。采用解析方法分析了光學(xué)材料SiC溫度場(chǎng)分布，并與商業(yè)軟件COMSOL的有限元數(shù)值分析結(jié)果對(duì)比。
　　4.基于高斯光束的瞬態(tài)熱暈效應(yīng)，推導(dǎo)出長脈沖和短脈沖遠(yuǎn)場(chǎng)輻射光學(xué)