论文题目: TEA-CO2脉冲强激光对Hg0.8Cd0.2Te晶片的破坏研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理电子学
作者: 蔡虎
导师: 程祖海,朱海红
关键词: 激光破坏,激光辐照,脉冲强激光
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: HgCdTe 晶体是应用于红外探测器的重要材料之一,作为各种光电导器件的核心工作部件,目前已经成功应用于航空、航天及军事等领域。强激光辐照HgCdTe 晶体时产生的热应力,物质的蒸发波和激光支持的燃烧波等冲击波都可对晶体产生破坏。由于Hg0.8Cd0.2Te适合于制造响应波段为814 μm的红外探测器,所以研究波长为10.6 μm 的强激光对Hg0.8Cd0.2Te 晶体材料的破坏机理,掌握强激光对Hg0.8Cd0.2Te 晶体材料的破坏规律是非常有意义的。论文系统地研究了Hg0.8Cd0.2Te晶片在TEA-CO2脉冲强激光作用下的破坏机制。首先从理论上推导了Hg0.8Cd0.2Te 晶片材料在TEA-CO2脉冲强激光辐照作用下的受力情况:从一般热传导方程出发,计算了TEA-CO2强激光辐照Hg0.8Cd0.2Te晶片材料时对其产生的最大热应力的大小;从气体动力学方程出发,计算了TEA-CO2强激光辐照Hg0.8Cd0.2Te晶体材料时对其表面产生的“蒸发波”压力;从流体动力学方程出发,计算了TEA-CO2强激光辐照Hg0.8Cd0.2Te晶体材料时对其表面产生的激光支持的吸收波压力。通过分析比较发现:在高能脉冲CO2激光作用下,Hg0.8Cd0.2Te晶片在升温熔化、冷却凝固的过程中由于温度差带来的热应力是三种力中最大的。同时,利用ANSYS 大型有限元分析软件模拟了TEA-CO2强激光辐照下Hg0.8Cd0.2Te晶体材料的温度升高、热变形和热应力大小,得到了TEA-CO2强激光对Hg0.8Cd0.2Te 晶体材料破坏的阈值。其次本文从激光脉冲的特性（脉冲能量、脉冲波形、脉冲宽度和焦斑大小等）出发得出TEA-CO2脉冲强激光对Hg0.8Cd0.2Te 晶片产生熔化破坏时的峰值功率密度阈值为3.11×106W/cm2和破坏需要的时间,并与实验结果对比,发现两者吻合较好。通过实验研究被辐照后的晶片表面形貌,揭示了晶片被破坏的主要原因:热效应是TEA-CO2强激光辐照Hg0.8Cd0.2Te 晶片材料时使其产生破坏的主要原因,熔化主要是激光辐照下,晶体升温至熔化点造成;裂纹的形成原因较复杂,晶片表面大的裂缝的产生是HgCdTe 晶片表面在熔化前由于热应力所引起的,晶片表面网状龟裂的产生是由于熔融物质在凝固过程中由于厚度的不一致而导致热膨胀的不同所引起。通过EDAX 能谱分析发现:激光热作用使晶体表面的Hg 损失程度与热作用过程的时间和
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 激光与材料作用的过程与机理
1.2 激光对材料的破坏效应
1.3 强激光对材料作用的影响因素分析
1.4 激光破坏HGCDTE 材料的国内外研究状况
1.5 本科题研究的目的和内容
2 TEA-CO_2强激光辐照HG_(0.8)CD_(0.2)TE 材料的破坏机理研究
2.1 实验方法与设备
2.2 激光对HGCDTE 晶片破坏的机理分析
2.3 热应力破坏
2.4 蒸发波压力
2.5 爆轰波压力
2.6 结果与讨论
2.7 本章小结
3 TEA-CO_2强激光破坏HG_(0.8)CD_(0.2)TE 材料的有限元数值模拟
3.1 有限元分析参数的处理
3.2 ANSYS 分析的方法和模型
3.3 1~#激光脉冲的有限元分析
3.4 5~#激光脉冲的有限元分析
3.5 6~#激光脉冲的有限元分析
3.6 结果分析
3.7 本章小结
4 TEA-CO_2强激光脉冲对HG_(0.8)CD_(0.2)TE 晶片的熔化效应研究
4.1 小尺寸光斑激光脉冲的熔化效应
4.2 大尺寸光斑激光脉冲的熔化效应
4.3 本章小结
5 脉冲强激光破坏HG_(0.8)CD_(0.2)TE 晶片材料的微观结构分析
5.1 晶片表面裂缝的产生及分布
5.2 晶片表面裂缝的扩展和止裂
5.3 晶片表面裂缝产生的时间
5.4 晶片表面网状龟裂产生的原因
5.5 晶片表面散布的小点产生的原因
5.6 本章小结
6 脉冲强激光对HG_(0.8)CD_(0.2)TE 材料表面成分的的影响
6.1 实验结果
6.2 结果分析
6.3 本章小结
7 脉冲波形和作用次数对HG_(0.8)CD_(0.2)TE 晶片破坏的影响
7.1 实验结果
7.2 结果分析
7.3 本章小结
8 总结
8.1 全文总结
8.2 论文的主要创新点
8.3 未来工作的展望
致谢
参考文献
附录1 攻读学位期间发表论文目录
发布时间: 2006-04-05
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