单晶硅广泛应用于光电系统领域,在激光作用下易于造成热损伤,其性能将发生显著变化.针对高精激光武器和激光精细加工产业的迫切需求,从仿真和实验两方面,研究脉冲串毫秒激光作用单晶硅的热损伤问题,分析激光能量密度、脉冲个数等与热损伤的重要特性参数温度的关系,探索损伤规律和机理.基于热传导方程建立毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤模型,利用有限元、有限差分方法求解脉冲串毫秒激光作用单晶硅的温度场;模型中引入等效比热容的方法处理熔融和汽化后的相变问题,实现了对模型温升的修正.构建毫秒脉冲激光损伤单晶硅的温度测量系统,利用高精度点温仪对脉冲时间内的激光辐照中心点温度进行实时测量.结果表明:脉冲串激光作用单晶硅靶材时,激光辐照中心点及径向、轴向位置具有温度累积效应,径向温升范围远大于轴向;随激光能量密度增加,温度累积效应显著;随着脉冲个数的增加,单晶硅靶材熔融固化时间和从熔点降至常温的时间加长;激光脉冲个数增加90个时,单晶硅热损伤阈值下降到单脉冲损伤阈值的73.8％;当脉冲个数增加后,单晶硅损伤面积增大.实验与仿真研究结果对比可以看出,两方面研究结果的规律基本一致,仿真模型可以合理地描述毫秒脉冲激光损伤单晶硅的过程.
毫秒脉冲 激光 单晶硅 脉冲串 热损伤