关于激光加热的热源加载形式

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关于激光加热的热源加载形式
$ Y# ^6 o* Z2 t. E6 Y. o$ y& n4 \
4 z& g; q1 @1 \! i; u' H; D看了版上一些讨论关于如何加载激光热源的帖子，觉得好多人做计算时， 都只求获得加载的形式，而不求理解其物理意义。其实如果从物理意义出发，得到加载热源的形式是很容易的。
8 w8 s7 v" Z/ c3 J- W( k
, i) Z6 K! F1 p例如在平板上加载一个空间上呈高斯分布的激光热源，其功率随时间而变化，
# r1 m- J' |/ Y2 y则需要以下参数：
1。 激光功率P[t]。  单位： W     
2。 激光半径r,  单位： m     
1 x! m: u& @' @& z3。表面反射率R。单位： 无   
4。optical absorption coefficient a 单位： m^-1, 或 optical penetration depth：a^-1  单位： m   

' K! ]* J1 \1 h激光热源可以用表面热流（W/m^2) 或体热源 (W/m^3)来表示，关键取决与平板厚度d和optical penetration depth a^-1 的比较。

1。表面热流形式 (d>>a^-1)
! i$ M' e. t0 f- H4 y( D1 n
Q(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)
, [* n2 K, r$ m  [
. W8 q; a1 x/ Z; m: L. z, S; a8 a其中P[t]*(1-R)是真正被平板吸收热激光功率。 exp(-(x^2+y^2)/r^2)代表空间高斯分布， 有些文献中会出现exp(-2*(x^2+y^2)/r^2)，这是由于高斯半径定义为激光光强1/e和1/e^2的区别。
  @- a; {( b  @6 t# i, k
2。体热源形式 (d~a^-1)
; i) W6 x/ \# D9 x- {% E" S' }
Q(x,y,z,t)= P[t]*(1-R)*a/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)*exp(-a*z)

5 |1 X9 V4 n" L/ r6 Q; A5 W) Q可以看出和表面热流形式相比，多出一项exp(-a*z)代表光在物体中的吸收。
另外前面也要多乘个系数a，所以单位是W/m^3.

以上的公式其实可以从求解光在物体中传播的Maxwell方程得到，因为光也是电磁波。
2 ]- x6 I- s( Z
# v' H' S8 g6 M2 m9 h5 e( y( Z& G当 (d>>a^-1)时，表面热流形式和体热源形式对于解传热方程是一样的。
( H! r9 {& p. v+ g. y- f0 ^对于金属，a^-1一般在10~50nm之间。
: {9 n; ~& K2 _. t8 \  b' d2 L- @& y
( n; h! t% n& W5 o对于其他空间分布的激光光源，只用替换后面的exp形式。

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长波通滤光片特性是让某一长波波段范围的光透过，而让另一波段范围内的光截止，具有高透过率和宽截止带以及膜层牢固度好的特点，长波通波长主要有：400nm，420nm，450nm，470nm，500nm，550nm，560nm，600nm，650nm，700nm，800nm，900nm，940nm，950nm等；
1 I) v( P; _, A) T. g9 M3 N
短波通滤光片特性是让某一短波波段范围的光透过，而让另一波段范围内的光截止，具有高透过率和宽截止带以及膜层牢固度好的特点，短波通滤光片主要有：500nm，510nm，520nn，600nn，620nm，650nm，670nm，700nm，750nm，780nm，800nm等。
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