多层薄膜瞬态热弹反射光栅实验及其理论分析和有限元数值计算

多层薄膜/基片材料的热学性质受各层薄膜及基片的共同影响,因此同时评估各层材料的热学性质是非常重要的.激光诱导瞬态热栅技术是一种研究材料表面及亚表_面光声光热现象有效的方法,因此可用于研究多层材料的热学性质.本文利用瞬态热弹反射光栅方法研究多层薄膜/基片结构材料的热扩散率,首先对A1/ZnO/Si基片结构的多层材料进行激...     

激光热弹激发涂层/基底系统中声表面波的有限元数值模拟

激光激发声表面波提供了评价涂层或薄膜的弹性性质的有效手段。考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的实际情况,在研究网格大小和时间步长这二个重要参数和求解稳定性的基础上,建立了优化的有限元模型数值模拟两种典型涂层基底系统中声表面波的激光热弹激发和传播过程。数值模拟结果表明:除了掠面纵波外,在快基底慢涂层系统中得到了正常的色散表面波,而在慢基底快涂层系统中得到了反常色散表面波。进一步,采取减小激发激光光斑的办法,使激发出来的声表面波频率高于慢基底快涂层系统中的截止频率时,在慢基底快涂层系统中得到了伪表面波。     

固体中激光热弹超声的光穿透效应

本文从热弹性基本方程出发，理论上研究了非金属固体材料受激光热弹激励超声时，光穿透效应对所产生声波的影响。在一维模型中，通过求解热扩散方程和热弹性位移方程，得到弹性位移的一般表达式，分析了材料的光叩收性质与声波位移振幅的关系。在二维模型中，对于轴对称分布的情况，忽略热扩散的影响，采用积分变换法求解热弹性运动方程，推导出远场区中的位移解析表达式。给出了纵波和横波的指向性图案，讨论了光穿透效应对声源指向性的影响。     

在金属基片上激光沉积YBCO超导薄膜

介绍了在金属基片上激光沉积缓冲层和ＹＢａ２Ｃｕ３ｏ７－ｘ（ＹＢＣＯ）高温超导薄膜的研究结果。在带ｙｔｔｒｉａ－ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ－ｚｉｒｃｏｎｉａ（ＹＳＺ）缓冲层的ＮｉＣｒ合金基片上,激光原位沉积出ＹＢＣＯ超导薄膜,薄膜的零电阻转变温度度４８Ｋ,７７Ｋ时临界电流密度约为２００Ａ／ｃｍ＾２;缓冲层的取向可以通过选择适当的沉积参数来改善;用扫描隧道电子显微镜对ＹＢＣＯ薄膜的微观结构分析表明：完善的螺     

用于铝板缺陷无损检测的激光超声有限元模拟研究

激光超声技术能够在材料表面形成超声波，是实现材料缺陷无损检测的重要环节。借助Abaqus有限元分析工具，基于激光超声热弹机制建立了轴对称铝板的表面缺陷模型，模拟了激光激发产生的表面波在材料中的传播特性及其与铝板缺陷的相互作用过程。数值模拟实验表明，铝板表面缺陷的分布深度值越大，反射波越强，并且当缺陷深度达到一定程度时，反射波的幅值趋于稳定；但缺陷的分布宽度对于反射波的影响则十分有限。所得结论为基于激光超声的材料缺陷的定量检测及识别提供有效的理论依据。     

长脉冲激光辐照下单层HfO2薄膜的温度场分析

激光系统中的光学薄膜极易受到高能激光的辐照而产生热损伤,因此研究长脉冲激光作用下光学薄膜的温度场非常重要。建立了二维轴对称杂质模型,使用有限元方法计算了单层HfO2薄膜材料的瞬态温度分布,进一步分析了铂金杂质粒子的吸收系数、填满深度对膜层及其基底最大温升的影响。结果表明：相比于纯净HfO2薄膜,当薄膜中杂质粒子深度为100 nm时,其表面最大温度增加1倍左右;当粒子深度大于750 nm时,基底温度高于薄膜表面温度,从而可以使热损伤从薄膜基底开始。研究结果对于长脉冲激光系统中的光学薄膜的制备和预处理,具有一定的指导意义。     

固体中脉冲激光激发声表面波的理论研究

本文运用本征函数展开的方法对固体材料中脉冲激光激发的声表面波进行了理论研究，在考虑热弹激发的条件下，利用三维的轴对称模型，得到了脉冲激光光源的脉冲宽度以及聚焦半径对固体材料中声表面波信号的时域及频域的影响，对进行超短脉冲激光激发超声的研究具有指导意义。     

利用光差分技术检测激光激发声表面波定征薄膜材料

利用激光激发声表面波及改进的光差分检测技术,研究沉积在基片表面的薄膜样品的特性和参量。根据实验获得的声色散曲线和基片已知参数,结合层状媒质中声表面波传播理论,拟合得到薄膜材料的弹性模量、密度和厚度等物理量。结合扫描电子显微镜和X光衍射结果分析,并与文献值比较,表明所采用的技术是定征薄膜材料的弹性模量和力学参量的有效方法。     

多层纳米薄膜结构热物性重构

基于谐波探测技术测量材料导热系数和热扩散系数的基本原理,给出3ω法用于多层纳米薄膜结构热物性实验表征的方法.考虑了层间接触热阻的作用,在频域内定义了热阻抗的概念.理论分析了各层纳米薄膜的导热系数、热扩散系数等热参数对加热膜温度波动影响的敏感性.将敏感系数与实验数据处理相结合,利用三次谐波的实部和虚部分量测量了ZrO2/SiO2增透膜多层膜结构中各层的导热系数和热扩散系数.该方法可用来有效表征其他微纳米结构的热性能.     

激光激发黏弹表面波有限元数值模拟

研究黏弹性材料中激光激发的Rayleigh波的传播特征. 考虑到黏弹性材料的黏性特征,在频域内建立黏弹性材料中激光激发Rayleigh波的有限元数值模型. 在验证有限元频域数值模型正确性的基础上,模拟脉冲激光作用在黏弹性材料上激发出Rayleigh波,进而讨论激光激发的黏弹Rayleigh波的传播特征,并比较黏弹性材料与弹性材料中激光激发的Rayleigh波差异,同时分析了材料的黏性劲度参量变化对Rayleigh波特征的影响. 关键词： 表面波 激光超声 有限元方法 黏弹性