МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физической электроники и технологии
Индивидуальное домашнее задание №5
Студент гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.
Преподаватель _________________ Никитин А.А.
Санкт-Петербург
2023
ЗАДАНИЕ
Определите зависимость температуры хромовой пленки на оси лазерного пучка в моноимпульсном режиме от мощности, учитывая боковой теплоотвод. Диаметр пучка на поверхности пленки 0,2 мм, мощность импульса 600 - 1800 Вт, длительность импульса 0,1 мкс. Пленка имеет толщину 0,5 мкм и изготовлена на подложке из стекла.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Диаметр пучка: d = 0,2 мм = 0,2∙10-3 м
Мощность импульса: P = 600 - 1800 Вт
Длительность импульса: τ = 0,1 мкс = 0,1∙10-6 с
Толщина пленки: L = 0,5 мкм = 0,5∙10-6 м
1. Материал пленки: Хром
ρ1 = 7190 кг/м3
λ1 = 88 Вт/(м∙К)
c1 = 453 Дж/(кг∙К)
R = 0,57956
2. Материал подложки: Стекло
ρ2 = 2670 кг/м3
λ2 = 1,4 Вт/(м∙К)
c2 = 800 Дж/(кг∙К)
РЕШЕНИЕ
1. Вычисление соотношения объемных теплоемкостей
Вычислим соотношение объемных теплоемкостей по следующей формуле:
ᴪ
=
Вычислим a2:
=
=
=
0,655∙10-6
м2/с
Отсюда:
ᴪ
=
=
=
2,98
ᴪ >> 1 и τ = 0,1∙10-6 с, тогда используем формулы для I случая, в котором не учитывается нагрев подложки.
2. Вычисление зависимости температуры хромовой пленки на оси лазерного пучка в моноимпульсном режиме от мощности, учитывая боковой теплоотвод
В первую очередь, вычислим T1:
T1
=
где q0:
q0
=
Пример вычисления при P = 600 Вт:
q0(600)
=
=
1,91∙1010
Вт/м2
Также, вычислим следующее соотношение:
=
=
=
30,42
Соответственно, зависимость температуры хромовой пленки на оси лазерного пучка в моноимпульсном режиме от мощности будет выглядеть следующим образом:
T1r(P)
= T1(P)
+ 300 =
+
300 =
+
300
Рис. 1 – График зависимости температуры хромовой пленки на оси лазерного пучка в моноимпульсном режиме от мощности