Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт–Петербургский национальный

исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Е.Б. Яковлев, Г.Д. Шандыбина

Взаимодействие лазерного

излучения с веществом

(силовая оптика)

Конспект лекций под редакцией В.П. Вейко

Часть II

Лазерный нагрев и разрушение материалов

Санкт–Петербург

2011

М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов, под общей редакцией В.П. Вейко – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2011. – 184 с.

Конспект курса лекций предназначен для самостоятельной работы бакалавров и магистров направления 200500 «Лазерная техника и лазерные технологии», а также для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии».

Вторая часть конспекта лекций посвящена описанию стадии нагревания и разрушения материалов под действием лазерного излучения. Материал конспекта будет также полезен для самостоятельной работы магистров и аспирантов, интересующихся нелинейными процессами и вопросами самомодификации поверхности.

Рекомендовано к печати Ученым Советом инженерно–физического факультета . . , протокол № .

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

 Санкт–Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2011

 Е.Б. Яковлев, Г.Д. Шандыбина, 2011

Содержание

Министерство образования и науки Российской Федерации 1

Санкт–Петербургский национальный 1

исследовательский университет 1

информационных технологий, механики и оптики 1

Введение 6

0. Лазерный нагрев материалов 7

0.1. Общая характеристика нагревания лазерным излучением 7

0.0.0. Тепловые эффекты в конденсированных средах 8

0.0.1. Основные особенности температурной кинетики при лазерном воздействии на металлы 11

0.0.2. Теплопроводностные механизмы отвода тепла. Уравнение теплопроводности, начальное и граничные условия 12

0.1. Термические эффекты, сопровождающие лазерный нагрев 21

0.1.0. Термомеханические эффекты 21

0.1.1. Фазовые переходы в твердом состоянии (лазерное упрочнение) 26

0.1.2. Эмиссионные процессы 27

0.1.5. Экзотермические эффекты при импульсном лазерном воздействии на металлы 40

0.2. Линейные режимы лазерного нагрева 43

0.2.0. Понятие температуры электронной и решеточной подсистем 43

0.2.1. Нагрев полупространства экспоненциально спадающим с глубиной тепловым источником 49

0.2.2. Нагрев металла импульсным излучением постоянной мощности 52

0.2.3. Нагрев материала лазерным пучком с гауссовым профилем 54

0.2.4. Нагрев материала постоянным лазерным излучением, луч сфокусирован в пятно круглого сечения 57

0.2.5. Влияние временной зависимости интенсивности лазерного излучения 61

0.2.6. Лазерный нагрев тонких слоев и пленок 62

0.2.7. Нагрев материалов в интерференционном лазерном поле 65

0.2.8. Особенности нагрева материала движущимся световым пятном. 67

0.3. Нелинейные режимы лазерного нагрева 69

0.3.0. Нагрев с учетом температурной зависимости поглощательной способности 69

0.4. Лазерное плавление поверхности 82

0.4.0. Вакансионная модель плавления 87

Контрольные вопросы к разделу 1 91