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
! L; ?: ?5 n% {/ x+ X; l; b' H$ c
/ {" J, n' U( i/ M8 r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。

; Q8 h8 P- c" r- C% ^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，
则需要以下参数：
8 D# L- S  R# T  @( T1。 激光功率P[t]。  单位： W     
2。 激光半径r,  单位： m     
3。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   
8 b& C! A" @' q4 @5 ~, Y
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。

- f2 i2 H1 o" I$ k# n5 @1。表面热流形式 (d>>a^-1)
+ Y1 [* h: W8 R! b! F& U
- U  z& B/ n) ^9 y3 Y: V9 ?" \( aQ(x,y,t)= P[t]*(1-R)/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)

) M# c; v% g" I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。
* o- i) t- D; I
6 p, u3 h! q& c8 O% [5 i6 ~2。体热源形式 (d~a^-1)
- k/ D3 a  y! w8 z8 h" O- l9 K
( K8 L& C/ `. V* H+ `4 p3 tQ(x,y,z,t)= P[t]*(1-R)*a/(Pi*r^2)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)*exp(-a*z)
) {  Q. e" O* K7 ?8 D
  u9 |& H  `4 F8 r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.

+ O4 Y6 }1 n9 G  t- C! D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。
# d8 b. @7 G) s  Q! v& \
& [' Y) U" o8 z& S9 Q" C9 I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。
对于金属，a^-1一般在10~50nm之间。
1 d. Y; u$ r$ g( Z- S) a' E4 I
' m/ L" q+ d1 {5 k+ f& I# W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；

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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