郭瑞平+姚宏林

摘 要：該文研究了激光燒蝕過程中靶材的溫度分布情況、物質(zhì)反沖情況和運(yùn)動(dòng)變形情況，給出了靶材三維溫度場分布的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，用有限元方法對模型進(jìn)行了分析，求得了模型簡化后的計(jì)算結(jié)果。對燒蝕過程中噴濺物質(zhì)反沖引起的沖量進(jìn)行了描述，并對受到等離子體沖擊波作用后靶材的運(yùn)動(dòng)與變形情況進(jìn)行了分析，所得結(jié)果揭示了激光燒蝕過程中的一些規(guī)律和現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：激光燒蝕 等離子體沖擊波 靶材運(yùn)動(dòng)與變形

中圖分類號：O241.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0195-03

Abstract： Numerical simulation of three-dimensional temperature field and the impulse caused by vaporization of a target which is ablated by high energy laser is investigated. Using kinematics method， the motion and deformation are analyzed for plasma impulse wave. These show some interesting results on laser ablation.

Key Words： Laser ablation；Plasma impulse wave；The motion and deformation of a target

高能激光輻照靶材表面產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象稱為激光燒蝕，靶材在燒蝕過程中表面發(fā)生氣化現(xiàn)象，并有物質(zhì)噴出，噴濺物繼續(xù)吸收激光能量后可進(jìn)一步發(fā)生電離，形成等離子體。因此，在激光燒蝕過程中涉及到溫度場的變化，以及噴濺蒸汽、等離子體、沖擊波等動(dòng)力學(xué)過程的相互耦合，比簡單的激光熱效應(yīng)更為復(fù)雜。

該文對溫度場的計(jì)算和噴射物質(zhì)的反沖引起的沖量進(jìn)行了論述，給出了簡化情形下溫度分布的計(jì)算結(jié)果，并對等離子體沖擊波引起的靶材運(yùn)動(dòng)與變形進(jìn)行了分析。

4 結(jié)論

激光輻照引起靶材物質(zhì)的氣化和燒蝕，噴濺氣體或等離子體的噴濺膨脹施加給靶材表面形成反沖壓力及沖量，使得靶材發(fā)生運(yùn)動(dòng)與形變。激光的燒蝕壓力以及與靶材的沖量耦合研究有許多重要的應(yīng)用，如清除空間碎片、驅(qū)動(dòng)空間物質(zhì)和光子火箭探索等，因此關(guān)于這方面的研究意義重大。

以上我們只是介紹了激光燒蝕靶材的基本情況，計(jì)算結(jié)果也是初步的，但這些結(jié)論對深入研究激光燒蝕問題具有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫承緯， 激光輻照效應(yīng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[2] 李南雷，金星，王廣宇，等.真空下激光燒蝕聚合物產(chǎn)生推力過程的數(shù)值研究，裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，21（6）：124-127.

[3] 常浩，葉繼飛，周偉靜.典型激光波長對納秒激光燒蝕鋁靶沖量耦合特性的影響[J].推進(jìn)技術(shù)，2015，36（11）：1754-1760.

[4] 張磊，王秀鳳，林曉東.脈沖激光燒蝕過程中靶材表面熔融前溫度分布與激光功率密度分布的研究[J]光學(xué)與光電技術(shù)，2008，（1）：22-25.

[5] Arnold Somerfield， Mechanics of deformable bodies[M]. New York： Academic Press， 1950.