强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

王伟平; 谭福利; 吕百达

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

王伟平 , 谭福利 , 吕百达

文章导航 > 激光技术 > 2005 > 29(5): 452-454,458

引用本文:

Citation:

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

1.
中国工程物理研究院, 流体物理研究所, 绵阳, 621900;
2.
四川大学, 激光物理与化学研究所, 成都, 610064

作者简介: 王伟平(1970- ),男,博士,副研究员,主要从事激光效应研究.E-mail:wwpwzc@yeah.net.

基金项目:
国家八六三计划资助项目(863-802-4)
中图分类号: TN248

Thermal deformation of optical windows irradiated by high power laser beam

1.
Institute of Fluid Physics, CAEP, Mianyang 621900, China;
2.
Institute of Laser Physics and Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, China
CLC number: TN248

摘要: 基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考。计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减。
- 激光光学 /
- 强激光 /
- 光学窗口 /
- 温度场 /
- 变形 /
- 应力
Abstract: Based on three dimensional transient heat conduction equation and elastic stress-strain equation,the temperature rise,distortion and equivalent stress distribution of white bijou window irradiated by high power annular beam(λ=(1.315)μm) are simulated using a three dimensional finite element model(FEM).The temperature rise,distortion and equivalent stress distribution of fluoride glass window induced by high power hollow rectangular laser beam(λ=3.8μm) are also simulated.Laser intensity spatial gradient and attenuation in window are considered in computational model.
- laser optics /
- high power laser /
- optical window /
- temperature field /
- distortion /
- stress

[1]	MANSELL J D,HENNAW I J,GUSTAFSON E K et al.Evaluating the effect of transmissive optic thermal lensing on laser beam quality with a Shack-Hartmann[J].Appl Opt,2001,40(3):366～374.
[2]	CLANDE A K.Materials for high-power laser optics:figures of merit for thermally induced beam distortions[J].Opt Engng,1997,36(6): 1586～1595.
[3]	陈金宝,刘泽金,蒋志平et al.非稳腔DF激光窗口热效应及其对远场光斑的影响[J].强激光与粒子束,1994,6(2):243～249.
[4]	马毅勇,程祖海,张耀宇.高功率激光与窗口热变形分析的有限元方法[J].强激光与粒子束,1999,11(1):6～10.
[5]	陈发良,李有宽.环形分布激光束引起光学窗口镜热变形理论分析[J].强激光与粒子束,2003,15(8):736～740.
[6]	HARR IS D C.Materials for infrared windows and domes(properties and performances)[M].Bellingham:SPIE Optical Enginerrring Press,1999.126～129.
[7]	李景镇.光学手册[M].西安:陕西科学技术出版社,1985.1328～1337.
[8]	竹内洋一.热应力[M].北京:科学出版社,1977.47～50.

[1]	王俊飞 , 袁军堂 , 汪振华 , 章波 , 刘嘉鑫 . 激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件变形与残余应力. 激光技术, 2019, 43(3): 411-416. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.023
[2]	王学楷 . 光电装备的光学窗口激光变换特性研究. 激光技术, 1996, 20(4): 233-235.
[3]	李明海 , 柳爱国 , 宋耀祖 . 激光放大介质温度场和热应力场的数值模拟. 激光技术, 2002, 26(2): 86-89.
[4]	冯爱新 , 程昌 , 殷苏民 , 周建忠 , 唐翠屏 . 激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析. 激光技术, 2008, 32(5): 527-530.
[5]	卢长亮 , 胡芳友 , 黄旭仁 , 易德先 , 胡滨 , 崔爱永 . 脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析. 激光技术, 2012, 36(6): 754-758. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.011
[6]	张帆 , 牛燕雄 , 刘宁 , 梁振江 , 刘帅 . 激光辐照CCD温度场与热应力场的研究. 激光技术, 2017, 41(3): 433-437. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.025
[7]	夏金安 , 程祖海 , 丘军林 . 强激光系统中硅镜变形数值分析. 激光技术, 1996, 20(6): 380-384.
[8]	张同俊 , 李臻熙 , 李克平 , 李星国 . 激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场. 激光技术, 1999, 23(1): 57-61.
[9]	杨富 , 黄伟 , 张彬 , 楚晓亮 , 刘志国 , 蔡邦维 . CO2激光辐照下光学薄膜的温度场与热畸变. 激光技术, 2004, 28(3): 255-258.
[10]	王成 , 马莹 , 张贵彦 , 肖孟超 , 甘志宏 , 缪同群 , 钱龙生 . 薄膜应力激光测量方法分析. 激光技术, 2005, 29(1): 98-100.
[11]	胡增荣 , 周建忠 , 郭华锋 , 杜建钧 . 应用ABAQUS模拟激光焊接温度场. 激光技术, 2007, 31(3): 326-329.
[12]	曾大文 , 谢长生 . 复合涂层激光熔池温度场及流场的数值模拟. 激光技术, 2000, 24(6): 370-374.
[13]	王秀凤 , 吕晓东 , 陈光南 , 胡世光 . 激光强化温度场的数值模拟与校验. 激光技术, 2004, 28(2): 162-165.
[14]	张建宇 , 高立新 , 崔玲丽 , 吴迪平 , 杨久霞 , 王会刚 . 激光强化温度场的理论解析与实验论证. 激光技术, 2006, 30(1): 56-59.
[15]	李祥友 , 祁小敬 , 曾晓雁 . 激光微细熔覆温度场模型的构建与应用. 激光技术, 2005, 29(6): 561-564.
[16]	杨玉玲 , 孙凤久 , 张多 . 大气气氛下Ti表面激光氮化及其温度场的计算. 激光技术, 2005, 29(2): 201-204.
[17]	雷震 , 张立文 , 张晓玲 , 孟庆端 . 高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真. 激光技术, 2016, 40(4): 516-520. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.013
[18]	李贝贝 , 李小将 . 激光输能光电池温度场数值模拟. 激光技术, 2017, 41(4): 537-544. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.016
[19]	孙浩 , 徐建明 , 张宏超 , 杨欢 , 陆健 . 连续激光辐照三结GaAs太阳电池温度场仿真. 激光技术, 2018, 42(2): 239-244. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.019
[20]	王文斌 , 郭子如 , 张阳 , 陈世雄 . 激光辐照下金属/炸药结构温度场的数值模拟. 激光技术, 2014, 38(5): 684-687. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.023

点击查看大图

计量

文章访问数: 2782
HTML全文浏览量: 684
PDF下载量: 409
被引次数: 0

强激光束辐照下窗口材料热力效应数值模拟

作者简介: 王伟平(1970- ),男,博士,副研究员,主要从事激光效应研究.E-mail:wwpwzc@yeah.net

1. 中国工程物理研究院, 流体物理研究所, 绵阳, 621900;
2. 四川大学, 激光物理与化学研究所, 成都, 610064

收稿日期: 2004-08-02
录用日期: 2004-09-13
网络出版日期: 2005-09-25

基金项目: 国家八六三计划资助项目(863-802-4)

关键词:

摘要: 基于三维瞬态热传导方程和弹性应力-应变方程,研究了空心环形强激光束(波长1.315μm)辐照下白宝石窗口温度、变形和应力的分布规律;研究了空心矩形强激光束(波长3.8μm)辐照下氟玻璃窗口温度、变形和应力的分布规律。采用三维有限元模型,数值模拟了强激光在窗口材料中产生的热和力学效应,为强激光窗口元件的选择以及热效应对光束质量影响的评估提供了参考。计算中,激光能量吸收采用体吸收,并考虑了光强分布的空间梯度以及光强在窗口内的衰减。