毫秒激光致砷化鎵材料損傷研究.pdf

1、近些年來，砷化鎵材料在航天科技以及國防軍事領域有著越來越多的應用。以其為原料所制造的太陽能電池在轉(zhuǎn)化效率方面有著其他材料無法比擬的優(yōu)勢。而激光對材料的損傷一直以來都是科研的熱點問題。目前，關于毫秒激光致砷化鎵材料損傷方面的研究并不是很多，相關的損傷機理仍然有待于探索。為了探究1064nm毫秒激光損傷砷化鎵材料的機理，本文通過實驗以及建模的方法，對材料受輻照過程中熱及熱應力在損傷中的作用進行了分析。
　　基于三維熱傳導方程建立了10

2、64nm毫秒激光輻照砷化鎵材料時材料的溫度場模型。模型結果顯示，對于1064nm，1ms的激光，砷化鎵材料的損傷閾值為61.5J/cm2。通過模型還得到了材料在不同能量密度激光輻照時，熔融，重凝固等相變過程的信息，以及不同能量密度時材料的熔融閾值，熔融半徑，熔融深度。同時搭建實驗平臺，采用紅外測溫儀對受激光輻照時材料光斑中心點的溫度進行實時的測量。實驗所得到的溫升曲線和模型所得到的結果相吻合，驗證了模型的準確性。
　　基于溫度場模

3、型，再考慮砷化鎵的晶體結構，建立了毫秒激光輻照砷化鎵材料的熱應力場模型，并計算了砷化鎵材料12個滑移系的分切應力在材料表面及體內(nèi)的分布。模型結果顯示，材料受激光輻照后產(chǎn)生裂紋是由于砷化鎵晶體內(nèi)滑移系分切應力超過臨界分切應力而導致的滑移產(chǎn)生的。材料的滑移將在熱熔損傷之前出現(xiàn)，其將最先在材料受輻照面光斑中心內(nèi)部的區(qū)域產(chǎn)生?；频陌l(fā)生將為材料之后進一步的脆性斷裂提供起始點。計算結果顯示，材料受激光輻照后所出現(xiàn)的裂紋最有可能出現(xiàn)在光斑中心及邊界