1、高能量激光對(duì)材料的熱損傷在激光切割、焊接、打孔和軍事等方面有著非常重要的應(yīng)用。利用激光熱源把材料局部熔化或汽化，冷卻融合稱為激光焊接；利用高速輔助氣流吹除熔融或汽化的材料，形成切口或孔徑稱為激光切割和激光打空。激光在火控系統(tǒng)中顯示出無(wú)與倫比的威力，高能量激光武器可以在毫秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)摧毀飛機(jī)、坦克，可使精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的探測(cè)部位損壞而使武器失效。國(guó)內(nèi)外對(duì)短脈沖(ns，fs)或連續(xù)脈沖激光對(duì)材料(薄膜)破壞特性的研究報(bào)導(dǎo)較多，而毫秒(ms)量

2、級(jí)長(zhǎng)脈沖破壞的報(bào)導(dǎo)較少。本文對(duì)長(zhǎng)脈沖(脈寬lms)強(qiáng)激光對(duì)光學(xué)材料和金屬材料的熱損傷進(jìn)行了詳細(xì)的研究，定量地描繪出了材料的空間溫度場(chǎng)分布并求出了材料在一定激光強(qiáng)度下的熔融閾值和汽化閾值。論文工作取得的主要成果包括： 一、總結(jié)了影響激光熱損傷形態(tài)和閾值的因素，對(duì)激光損傷機(jī)理作了分析。 二、給出了一維空間中激光熱損傷的簡(jiǎn)化近似數(shù)學(xué)模型，并以此模型為基礎(chǔ)計(jì)算了金屬材料鋁、銀、銅的溫度場(chǎng)分布和熔融閾值與汽化閾值。 三、分

3、析了解析法求解熱傳導(dǎo)方程定解問(wèn)題的局限性；研究了長(zhǎng)脈沖激光熱損傷有限差分法數(shù)值計(jì)算，建立了具有普遍實(shí)用性的數(shù)學(xué)模型；一維空間和二維空間中數(shù)值計(jì)算分別采用Crank-Nieholson算法和交替方向隱式法(ADI)，運(yùn)用LU分解保證了時(shí)間和空間上的二階精確和算法的穩(wěn)定性。 四、計(jì)算了光學(xué)材料硅、鍺和金屬材料鋁、銀、銅、鈦的空間溫度場(chǎng)分布，得出了一維空間中材料的熔融閾值和汽化閾值，分析了溫度場(chǎng)的分布和閾值與入射激光參數(shù)和材料參數(shù)(照

4、射時(shí)間、光束功率密度、熱吸收系數(shù)、熱傳導(dǎo)率等)的關(guān)系。 五、激光熱損傷有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)是兩相界面的移動(dòng)問(wèn)題，本論文采用斯蒂芬(Stefen)數(shù)學(xué)思想，給出了界面處的離散化方程，在編寫的程序中細(xì)致地選取了界面處的網(wǎng)格，得到了合理的結(jié)果。 本文對(duì)材料的熱損傷做了系統(tǒng)的研究，建立了普遍適用的數(shù)學(xué)模型，給出了一種簡(jiǎn)單的解析模型，并應(yīng)用有限差分法對(duì)材料的熱損傷作了詳細(xì)的研究。所建立的數(shù)學(xué)模型具有普遍性，可用于金屬和