레이저 방사선이 물질에 미치는 영향. 레이저 방사선의 열 모델의 근사치와 레이저 방사선의 상호 작용

레이저 (영어로부터. "방사선 방출 방출에 의한 빛 증폭 "자극 방사선") 또는 광학 양자 발생기는 특별한 유형의 기준 방사선 소스의 특수 유형입니다. 방출 몸 역 및 채워진 환경입니다. 레이저의 원리는 속성을 기반으로합니다레이저 방사선: 단색 및 높은 일관성 (공간 및 임시). 티.또한 작은 각도의 발산은 종종 방사선 특징의 수 (때로는 "높은 방향 방향의 방사선 방향"라는 용어를 충족시킬 수 있음)에 기인합니다. 이는 차례로 레이저 방사선의 높은 강도에 대해 이야기 할 수 있습니다. 따라서, 레이저 동작의 원리를 이해하기 위해, 레이저 방사선의 3 개의 주요 구성 요소 중 하나의 레이저 방사선 및 역 및 인구 밀 채워진 매체의 특성에 대해 이야기 할 필요가있다.

레이저 방사선의 스펙트럼. 단색.

어떤 출처의 방사선의 특성 중 하나는 그 스펙트럼입니다. 태양, 가정용 조명 장치에는 다양한 방사선이 있으며, 파장이 다른 구성 요소가 있습니다. 우리의 눈은 거의 동일한 구성 요소의 강도가있는 경우, 또는 일부 음영이있는 빛이있는 경우, (예를 들어, 태양, 녹색 및 노란색 구성 요소가 지배적 인 경우)

반대로 방사선의 레이저 소스는 매우 좁은 스펙트럼을 갖습니다. 일부 근사에서, 레이저 방사선의 모든 광자는 동일한 (또는 닫기) 파장을 갖는다 고 할 수있다. 따라서, 예를 들어 루비 레이저의 방사선은 적색 그늘의 빛에 해당하는 694.3 nm의 파장을 갖는다. 상대적으로 근접한 파장 (632.8 nm)은 첫 번째 가스 레이저 - 헬륨 네온을 가지고 있습니다. 아르곤 - 이온 가스 레이저는 반대로 청록색 색 (녹색과 파란색 사이의 중간체)으로서 우리의 눈으로 인식되는 488.0 nm의 파장을 가지고 있습니다. 티타늄 이온으로 도핑 된 사파이어 계 레이저는 적외선 영역 (일반적으로 800 nm의 파장 근처)에 누워있는 파장을 가지므로 방사선이 인간에게 보이지 않습니다. 일부 레이저 (예 : 출력 미러로서 회전 회절 그리드가있는 반도체)는 방사선의 파장을 재구성 할 수 있습니다. 그러나 모든 레이저에 공통적 인 것은 방사선 에너지의 벌크가 좁은 스펙트럼 영역에 집중되어 있다는 것입니다. 레이저 방사선 의이 특성은 단색 (그리스어 출신)이라고합니다. 도 1의 1이 속성, 태양 방사선 스펙트럼 (대기 및 해수면의 외부 층의 수준)과 회사의 반도체 레이저 생산Thorlabs.

무화과. 1. 태양 방사선 스펙트럼 및 반도체 레이저.

단색 레이저 방사선의 정도는 레이저 라인의 스펙트럼 폭을 특징으로 할 수 있습니다 (폭은 최대 강도로부터 파장 또는 주파수를 파장 또는 주파수를 파장으로 주어질 수 있습니다). 일반적으로 스펙트럼 폭은 레벨 1/2로 설정됩니다 (FWHM), 1 / E. 또는 최대 강도에서 1/10. 일부 현대적인 레이저 설치에서는 1 억 나노 미터 미만의 레이저 라인의 폭에 해당하는 여러 KHZ의 방사선 피크의 폭이 달성됩니다. 전문가를 위해, 우리는 레이저 라인의 폭은 레이저의 구별 특성 중 하나 인 자발 방사선의 폭을 질질로 질서 일 수 있습니다 (예를 들면 발광 및 수퍼 리 티 발광 소스와 비교).

레이저 방사선의 일관성

단색은 중요하지만 레이저 방사선의 유일한 특성은 아닙니다. 레이저 방사선의 또 다른 결정 특성은 그 일관성이다. 일반적으로 공간적 및 시간 간섭 성에 대해 이야기합니다.

레이저 빔이 반투명 미러로 분할된다고 상상해보십시오. 빔 에너지의 절반은 거울을 통과 한 빔 에너지의 절반이 반사되어 가이드 미러의 시스템에 들어갔다 (그림 2). 그 후, 두 번째 빔은 다시 처음으로 줄어들지 만 일부 시간 지연이 있습니다. 번들이 방해 할 수있는 최대 지연 시간 (즉, 방사선의 위상과의 위상과 상호 작용할 수 있으며, 그 강도뿐만 아니라) 레이저 방사선의 일관성 시간과 두 번째 빔의 확장 경로의 길이라고합니다. 그 편차로 인해 통과 - 종 방향 길이 일관성. 대부분의 어플리케이션 (예를 들어, 산업용 가공 레이저의 경우)에 대해서는 현대 레이저의 종 방향 간섭 연쇄의 길이가 킬로미터를 초과 할 수 있습니다.

당신은 레이저 빔을 나눌 수 있습니다. 반투명 미러 대신에 완전히 반사 된 표면을 넣을 수 있지만 모든 묶음이 겹치는 것은 아닙니다. 그러나 그 일부만 (그림 2). 그런 다음 방사선의 상호 작용이 관찰되어 배포 된 다른 부분들 빔. 빔 포인트 사이의 최대 거리는 방해가되는 방사선을 레이저 빔의 횡단 결석의 길이라고합니다. 물론, 많은 레이저의 경우, 횡단 결석의 길이는 단순히 레이저 방사선 빔의 직경과 동일하다.



무화과. 2. 임시 및 공간 일관성의 개념을 설명하기 위해

레이저 방사선의 코너 발산. 매개 변수 미디엄. 2 .

우리가 레이저 방사선의 빔을 어떻게 만들고 싶지 않더라도 항상 0이 아닌 각형 발산을 가지고 있습니다. 최소 레이저 발산 각도α 디. ( "회절 한계")는 크기가 표현에 의해 결정됩니다.

α D ~ λ / d, (1)

어디 λ - 레이저 방사선의 파장 및디. - 레이저에서 방출 된 빔의 너비. 0.5 μm (녹색 방사선)의 파장과 레이저 빔의 폭이 5mm의 폭을 사용하여 발산 각도는 ~ 10-4 rad 또는 1/200 도로 계산하는 것이 쉽습니다. 플롯 값에도 불구하고, 각 애플리케이션 (예를 들어, 전투 위성 시스템에서 레이저를 사용하는 경우)은 레이저 방사능 전력의 달성 가능한 밀도의 상한을 설정하기 때문에 일부 응용 프로그램 (예를 들어, 전투 위성 시스템에서 레이저를 사용하는 것)에 중요 할 수 있습니다.

일반적으로 레이저 빔의 품질은 매개 변수에 의해 설정할 수 있습니다.m 2. ...에 가우시안 빔을 집중시킬 때 완벽한 렌즈에 의해 생성 된 얼룩 영역에 최소한으로 도달하도록하십시오.에스. ...에 그런 다음 동일한 렌즈가 영역 얼룩 에이 레이저에서 빔을 초점을 맞 춥니다면S 1\u003e S, Parameter M 2. 레이저 방사선은 다음과 같습니다.

M 2 \u003d S1 / S (2)

최고 품질의 레이저 시스템 매개 변수m 2. 화합에 가깝습니다 (특히 매개 변수가있는 레이저가 있습니다.m 2. 1.05와 같음). 그러나 오늘날 모든 레이저의 모든 클래스가 특정 작업에 대해 레이저 클래스를 선택할 때 고려해야하는이 매개 변수의 낮은 값을 달성 할 수있는 것으로 알려줍니다.

우리는 간단히 레이저 방사선의 기본 특성을 주도했습니다. 우리는 이제 레이저의 주요 구성 요소를 설명합니다 : 역 인구, 레이저 공진기, 레이저 펌핑 레이저 레벨 방식.

inverse 인구와 수요일. 레이저 레벨 다이어그램. 양자 출력.

외부 소스의 에너지 (전기, 비 라이저 방사 에너지, 추가 펌프 레이저의 에너지)의 빛에 변환하는 주요 요소는 한 쌍의 레벨의 역 인구가 생성되는 매체입니다. "역 인구"라는 용어는 배지 (분자, 원자 또는 이온)의 구조적 입자의 특정 비율이 여기되고 이들 입자의 특정한 쌍의 에너지 수준 (상위 및 하부 레이저 수준) 상부 에너지 수준에서는 바닥보다 입자보다 많은 입자입니다.

역 인구가있는 매체를 통과하면서 Quanta가 2 개의 레이저 수준의 에너지의 차이와 동일한 에너지를 갖는 방사선이 증가하면서 활성 센터 (원자 / 분자 / 이온의 원자 / 분자 / 이온)의 여기를 제거 할 수 있습니다 짐마자 이득은 동일한 파장, 전파 방향 및 편광 상태를 원래의 양자로하는 전파 방향의 새로운 퀀텀의 새로운 퀀텀의 형성으로 인해 발생합니다. 따라서, 레이저는 레이저 방사선의 기본 특성을 결정하는 광자 (도 3)의 동일한 (에너지, 일관성 및 일방적으로 동등한 것)의 패키지 생성을 취한다.


무화과. 3. 강제 방사선이있는 일관된 광자의 생성.

그러나 두 가지 수준으로 구성된 시스템에서 반비례 한 환경을 만듭니다. 그러나 클래식 근사에서는 불가능합니다. 현대 레이저는 대개 레이저 생성에 관련된 3 레벨 또는 4 차 수준의 수준을 갖추고 있습니다. 이 경우 여기는 짧은 시간의 입자가 짧은 레이저 레벨의 낮은 값으로 이완되는 최상위 레벨까지 매체의 구조 단위를 변환합니다. 기본 수준 중 하나는 3 레벨 방식 또는 중간체의 원자의 주요 상태 - 4 레벨 (그림 4)에서도 레이저 생성에도 포함됩니다. 4 레벨의 방식은 중간 수준이 지상 상태보다 훨씬 적은 수의 입자에 의해 거주하여 역 인구 (숫자 위의 여기 입자의 수를 초과하는 것) 낮은 레이저 레벨의 원자의 경우)는 훨씬 더 간단 해지는 것으로 밝혀졌습니다 (중간 더 적은 에너지를보고 해야하는 레이저 생성을 시작하십시오).


무화과. 4. 3 레벨 및 4 레벨 수준의 수준.

따라서 레이저 생성을 사용하면보고 된 에너지 작업 매체의 최소값은 시스템의 최고 수준의 개시의 에너지와 같으며 생성은 두 가지 기본 레벨간에 발생합니다. 이로 인해 레이저의 PDA가 레이저 전이의 에너지에 대한 여기 에너지의 비율에 의해 초기에 제한된다는 사실이 발생합니다. 이 비율을 양자 레이저 출력이라고합니다. 일반적으로 주전원의 PDD가 주전원에서 여러 번 (및 경우에도 몇 번의 수십 시간 동안) 양자 출력 아래에서 주목할 가치가 있습니다.

반도체 레이저에는 에너지 수준의 특별한 구조가 있습니다. 반도체 레이저의 방사선을 생성하는 과정에서 2 개의 반도체 영역의 전자가 관련되어 있지만 발광을 형성하는 불순물 덕분에p - N. 전이, 다이오드의 다른 부분에서 이러한 구역의 경계는 서로에 대해 시프트됩니다. 이 지역의 역 인구p - N. 이러한 레이저의 전환은 전도 구역에서 전이 영역에 전자의 흐름으로 인해 생성됩니다.엔. - 원자가 구역에서 포스트와 구멍피. - 준비. 반도체 레이저에 대한 자세한 내용은 특별 문헌에서 찾을 수 있습니다.

현대 레이저에서는 역 인구 또는 레이저 펌핑을 만드는 다양한 방법이 적용됩니다.

레이저를 펌핑하십시오. 펌핑 방법.

레이저가 방사선을 발생시키기 위해서는 에너지를 활성 매체에 가져 오려면 역 인구를 생성 할 필요가 있습니다. 이 프로세스를 펌핑 레이저라고합니다. 몇 가지 기본 펌핑 방법이 있으며, 특정 레이저에서 활성 매체의 유형에 의존하는 적용 가능성이 있습니다. 따라서 펄스 모드에서 작동하는 엑시머 및 일부 가스 레이저 (예 :CO 2. - 레이저) 전기 방전으로 레이저 분자를 자극하는 것이 가능합니다. 펌핑을위한 연속 가스 레이저에서는 빛나는 방전을 사용할 수 있습니다. 반도체 레이저의 펌핑은 전압 적용으로 인해 수행됩니다.p - N. 전환 레이저. 고체 레이저의 경우, 방사선 (램프 플래시, 눈금자 또는 발광 다이오드의 어레이) 또는 다른 레이저, 그 파장은 에너지의 차이에 해당하는 파장을 사용할 수 있습니다 불순물 원자의 주요 및 여기 상태 (고체 상태 레이저에서는, 라이저 레이저에서는 매트릭스 그리드에 용해 된 원자 또는 이온의 불순물에 레이저 생성이 발생합니다. 예를 들어 루비 레이저, 크롬 이온이 활성화됩니다).

요약하면, 레이저를 펌핑하는 방법은 생성 매체의 활성 중심의 유형 및 특징에 의해 결정된다고 할 수있다. 규칙으로서, 각각의 특정 유형의 레이저마다 에너지 공급 시스템의 유형 및 설계를 활성 매체로 결정하는 가장 효율적인 펌핑 방법이있다.

레이저 공진기. 레이저 생성의 상태. 지속 가능하고 불안정한 공진기.

활성 매체와 전달 시스템은 이미 일부 장치 (예 : 앰프 또는 슈퍼 알루미늄 방사선 소스)를 이미 구성 할 수 있지만 레이저 생성에 여전히 발생하기에 충분하지 않습니다. 레이저 생성, 즉. 단색 일관된 빛의 방출은 피드백의 존재 또는 레이저 공진기에서만 발생합니다.

가장 단순한 경우 공진기는 한 쌍의 거울이며, 그 중 하나는 반투명합니다. 다른 거울로서, 원칙적으로, 세대 파장에서의 반사 계수가있는 반사경은 100 % ( "귀무 거울")에 가깝고 "양면으로 레이저"및 과도한 에너지 손실을 피하고.

레이저 공진기는 방사선이 활성 매체로 되돌아가는 것을 보장합니다. 이 조건은 매체로 돌아온 광자가 광자의 주파수 및 위상면에서 자신과 동일한 방사선을 일으키기 때문에 일관성 및 단색 방사선의 발생에 중요합니다. 따라서, 방사선 Quanta의 활성 매체에서 새롭게 발생하는 것은 이미 공진기가 방출 된 공진기와 일관 될 것이다. 따라서 레이저 방사선의 특성은 레이저 공진기의 설계 및 품질 인 많은면에서 보장됩니다.

레이저 공진기의 출력 반투명 미러의 반사 계수는 최대 레이저 출력 전력을 보장하거나 제조의 용이성을 기반으로하는 방식으로 선택됩니다. 그래서 일부 섬유 레이저에서는 파이버 섬유 섬유 불투명을 출력 거울로 사용할 수 있습니다.

안정된 레이저 생성을위한 명백한 조건은 레이저 공진기 (공진기 거울을 통한 방사선 출력에 대한 손실 포함) 및 활성 환경의 방사선 이득 계수의 광학 손실의 평등 조건입니다.

exp ( ㅏ.× 2L) \u003d R 1 × r 2. × exp ( 지.× 2L) × x, (3)

여기서 l. \u003d 활성 중간 길이ㅏ. - 활성 환경에서 계수를 얻는 것,R 1 및 R 2 - 공진기의 거울의 반사 계수와지. - 흡수를 제외하고는 밀도의 변동, 레이저 결함, 분산 산란, 분산 산란 및 방사선의 약화에 의해 약화 된 방사선의 약화에 의해 약화 된 유도에서 약화 된 밀도 변동, 레이저 결함, 분산 산란 및 방사선의 약화에 의해 약화 된 방사선의 손실을 유효 매체의 "회색"손실 방사선 퀀타 원자의). 마지막 요소 "엑스. »레이저에있는 다른 모든 손실 (예를 들어, 특수 흡수 요소가 레이저에 도입되어 레이저가 작은 지속 시간으로 펄스를 생성 할 수 있도록)을 나타내며, 이는 결석하면 1과 같습니다. 자발적으로 방출 된 광자로부터 레이저 생성의 개발, 분명히 평등 한 경우 "\u003e"를 대체 할 필요가 있습니다.

평등 (3)에서 다음 규칙은 출력 레이저 미러를 선택하기 위해 다음과 같습니다. 방사선 게인 계수가 회색 손실로 활성화되면 (ㅏ.- 지.) × 엘. Mal, 출력 거울의 반사 계수R 1. 레이저 생성이 공진기로부터 방사선 방출로 인해 퇴색하지 않도록 크게 선택되어야합니다. 게인 계수가 상당히 큰 경우는 일반적으로 덜 선택하는 것이 의미가 있습니다.R 1. 고 반사 계수는 레이저의 수명에 영향을 줄 수있는 공진기 내부의 방사선 강도가 증가하게 될 것입니다.

그러나 레이저 공진기는 조정이 필요합니다. 공진기가 2 개의 평행도로 구성되었지만 분리 된 미러 (예를 들어, 서로에 대한 각도에 위치)로 구성된다고 가정 해보십시오. 이러한 공진기에서, 방사선은 액티브 매체를 여러 번 통과시키고, 레이저의 한계를 넘어서다 (도 5). 최종 시간 동안 방사선이 한계를 초과하는 공진기는 불안정한 것으로 부른다. 이러한 공진기는 일부 시스템 (예를 들어, 특별한 디자인의 강력한 펄스 레이저에서)을 사용하여 규칙적으로 실용적인 응용 프로그램에서 공진기의 불안정성이 피하려고하는 것입니다.


무화과. 5. 대형 거울이있는 불안정한 공진기; 지속 가능한 공진기 I.

고정 된 방사선 빔.

공진기의 안정성을 높이려면 곡면 형 반사 표면이 거울로 사용됩니다. 반사 표면의 반경의 특정 값을 사용하면이 공진기는 작은 조정의 장애에 둔감 해져 레이저와의 작업을 현저하게 단순화 할 수 있습니다.

우리는 레이저 및 레이저 방사선의 주요 특징을 생성하기 위해 최소한의 필요한 요소 집합을 간략히 설명했습니다.

성적 증명서.

1 교육 과학부 러시아 연방 Moscow State University의 지지법 및지도 제작 물질로 레이저 방사선의 상호 작용 2014

2 러시아 연방 교육 과학부 모스크바 주 지구 세디아와지도 제작의 대학교 YU.M. klimkov, vs. Majorov, M.V. 레이저 방사선과 물질 모스크바 2014의 좋은 상호 작용

3 UDC 검토 자 : FIZ.- 매트 박사. 과학, IPLOT 교수는 F.V. lebedev; 물리학과 교수 E.F. Ishchenko 컴파일러 : YUM. klimkov, vs. Majorov, M.V. 물질로 레이저 방사선의 좋은 상호 작용 : 자습서. M .: Miigaik, p. 이 과정은 "레이저 기술 및 레이저 기술"의 방향을 위해 러시아 연방 교육부의 교육부가 승인 한 대략적인 징계 프로그램에 따라 준비되었습니다. 광학 계측기의 설계 및 기술의 설계 및 기술 부서에서 추천하여 광학 정보 시스템 및 기술 교수진의 편집 게시위원회의 출판을 승인했습니다. 훈련 매뉴얼은 학생들에게 이론적 재료의 개발에서 "물질로 레이저 방사선과의 상호 작용"뿐만 아니라이 환율에 대한 실용 및 실험실 작업의 구현에서 이론적 물질의 개발에서 Foist를 돕는 것을 목표로합니다. 전자 버전 지도 시간 라이브러리 Miigaik 도서관에 게시 됨

4 소개 레이저 방사선과 물질의 상호 작용은 현대 광학 및 레이저 물리학의 가장 중요한 과학적 방향 중 하나입니다. 이 방향은 다양한 지속 시간 및 파장의 강렬한 광속에 노출 될 때 물질 (주로 축합 미디어에서)에서 발생하는 기본 광학식 공정에 대한 아이디어를 보충 할 수있게 해줍니다. 또한 레이저와 기술 분야의 응용 프로그램과 관련된 수많은 적용된 방향의 물리적 기초를 개발할 수 있습니다. 따라서 본체에 대한 레이저 영향의 주요 메커니즘 및 패턴에 대한 지식은 본질 대학 및 엔지니어링 교육 레이저 기술 및 기술. 훈육의 목적은 광학 물리학의 가장 중요한 과학적 섹션의 물질로 집중적 인 방사선의 상호 작용에 대한 아이디어의 형성입니다. 학생들에게 학생들에게 물질에 영향을 미치는 분야에서 최신 과학적 업적을 고려하여 이러한 지식을 다른 전문 분야 및 옹호 분야와 연결시키는 훈육의 임무를 수행합니다. 코스는 "물리학", "광학의 기본", "화학", "구조 재료의 금속 연구 및 기술", "레이저 기술", "양자의 물리적 펀더멘털"의 기본 조항 및 용어의 기본 조항 및 용어에 대한 지식을 기반으로합니다. 전자 제품 ","Opto-Electronic Devices and Systems "는 코스"레이저 기술 "을 탐색하기 위해 기본입니다. 채택 된 지정 목록 중간 B 자성 유도 C의 흡수 능력 D 전기 유도 E 전기장 전기장 H 장력 자기장 I 입사 방사선의 강도 M 질량의 물질 N 광자의 N 수, 흥분된 입자, 인구 수준 Q 전력 열원의 반사 계수 3의 열원 r

5 S 상호 작용 영역 T 온도 온도 온도 해상도 B 진폭 릴리프 릴리프 그리드 C 빛 또는 특정 내열성 D 파도 벡터 그리드 E도 검정 H 깊이 침투 j 전류 dysnity k 파 서브 mimicing part n 굴절 표시기 q 표면 밀도 열원 r 반경 - 벡터 공간 좌표 r, d 크기 레이저 빔 T 시간 v의 섹션 이동 X, y, z 공간 좌표 α α 분소 계수의 흡수 계수 γ가없는 전자의 충돌의 주파수는 전하의 표면 밀도 ε 유전 상수 ε 피부 층 η기구 점도 θ 각도 값 λ는 방사선 파장 또는 열전도율 μ의 물질 σ 특정 전도도 또는 표면 장력 계수 τ τ τ τ τ χ 프로세스의 지속 기간의 방사선 파장 또는 열전도 ρ 밀도입니다. 전자기 진동의 위상 Ω Ω 주파수 ħ 영구 판자 4

6 1. 수요일 1.1의 에너지 흡수 및 소산 메커니즘. 중간 레이저 방사선의 전자기파의 흡수는 전자기 에너지의 유형 중 하나이므로 레이저 방사선과 물질의 상호 작용은 특정 특성과 특성을 갖는 전자기파의 물질과의 상호 작용이다 (일관성, 단색 등.). 레이저 기술 처리 처리 재료는 주로 지역 난방, 즉 I.E. 물질의 전자기파로부터 에너지를 전달함으로써. 레이저 기술의 모든 물리적 모델에는 에너지 절약법의 표현이 포함됩니다. 대부분 다양한 제형에서 열전도율 방정식이며 등방성 환경이 일반적인 형태로 기록되는 것입니다. T ρ C + V GRAD () T DIV λ GRAD () T \u003d QR, T, T (1.1.1 ) ρ 밀도; c 특정 열; λ 열전도율; v () RT, 속도 필드 벡터; QRT (), 열원의 부피 전력 밀도. 특정 열 문제의 초기 및 경계 조건은 고려중인 프로세스의 세부 사항을 기반으로합니다. 레이저 용적 열원 QRT ()는 응축 매체에서 발생하며, 많은 경우에는 표면적으로 간주 될 수 있습니다. 엔지니어링 계산의 기능 기능 인 열 성화 계수는 일반적으로 일정한 것으로 간주되어 평균값을 사용합니다. 많은 열 태스크의 매개 변수의 값을 추정하기 위해, 1 차원 선형 열전도율 방정식이 종종 사용되는 균일 한 표면 소스 : AI ZT (AI ZT)를 갖는 반 인증성 매체 (Z\u003e 0)의 가열을 설명하는 경우가 많습니다. ) Z, T \u003d 0 4 IERF, (1.1.2) λ 4AT 여기서 및 배지의 흡수 용량; I 0 입사 방사선의 강도; A \u003d λ / ρC 손질. 다섯

7 IERF (x) ERF (Y) DY의 기능 일체형 적분 기능은 표절 y x 2 2 t입니다. ERF (Y) E DT π 오류 함수는 스프레드 시트 기능이기도합니다 (또는 수치 메소드로 계산). TAC ierf () 0 \u003d 1 / π, 식 (1.1.2)에 따르면, 표면의 온도의 추정치가 종종 이루어지며, 일반적으로 T, I 0, t ~ 다른 두 명. 예를 들어, 식에 따르면, Ïëλtïëë i \u003d (1.1.3) 4AT는 임계 전력 밀도를 평가하고 표면에 흡수되고 T 동안 용융 재료를 시작하는 데 필요한 것입니다. 또는 예를 들어, 깊이 H는 시간 동안 열을 관통하는 깊이는 Regression H 2 Aτ (1.1.4)의 표면의 레이저 빔의 크기가 현저히 상당히 상당히 상당히 상당한 경우에 적용된다. 재료의 열 침투 깊이를 초과합니다. 어쨌든, 재료에 대한 레이저 열 노출은 레이저 방사선의 힘뿐만 아니라 재료에 흡수되고 유용한 결과를 얻기 위해 전력이 중요합니다. 표현식 (1.1.2)에서 I 0에서 계수를 나타내는 흡수 능력 A는 모든 레이저 기술 프로세스에 하나의 형태 또는 다른 형태로 나타납니다. 흡수 능력에 영향을 미치는 많은 다른 물리적 및 물리 화학적 과정이 있습니다. Z 축의 방향으로 가공 된 재료에서 전파되는 전자기파의 강도는 Lambert 6 0 () ()의 법칙에 따라 다르므로 0 강도가 떨어지는 곳에서 αz \u003d Ai0 Exp α Z, (1.1.5) 웨이브 미디어 섹션의 표면; 및 A \u003d E \u003d 1R (흑색, R 반사 계수의 E도)의 흡수 용량; α 전자기 에너지 흡수 계수 중 배지. 전자기파의 강도는 거리 δ \u003d 1 / α에서 2.73 배 떨어진다.

8 흡수 용량 A는 흡수 된 플럭스 (에너지)의 비율을 나타내고, 분포 중에 방사선을 신속하게 흡수하는 것으로 매체 α의 광 흡수 계수를 나타낸다. 레이저 방사능의 작용하에있는 재료에서 발생하는 열원 Q는 α에 따른 체적의 A 및 위치에 비례하는 총 전력을 모두 특징으로합니다. 금속 (도체)의 도체 (금속)에 의한 빛의 흡수는 전자기파가 기하 급수적으로 소위의 매우 얇은 표면층에서 비늘을줍니다. "피부층"(δ ~ cm, 즉 α ~ cm-1)이고, 전도도 전자에서 흡수가 발생합니다. 재료의 레이저 가공으로, 금속의 깊이에 대한 열 침투 깊이는 몇 가지 크기가 피부 층의 두께를 초과하지만, 재료의 표면에 거의 인접한 모든 계산에서 열 소스가 표면적으로 간주된다. 금속 (도체)으로 빛의 상호 작용은 이들 전자가 실질적으로 자유롭게 고려 될 수있는 결정 격자와 너무 약한 수의 전자의 존재에 의해 결정됩니다. 금속 격자 이온의 정전기 양성 전하는 이들 전자의 음전하를 보상한다. 자유 전자 (전도도 전자) 세트를 전자 제품이라고합니다. 금속의 자유 전자의 농도는 매우 중요합니다 (~ CM -3). 입사 전자기파의 분야에서 자유 전자는 첨가 될 때 강한 반사파를 첨가 할 때 2 차파를 변동하고 방출한다. 전도도의 전자에 의한 빛의 흡수는 금속 그릴과의 상호 작용에서만 가능하므로 부분적으로 열로 진행됩니다. 완벽한 도체에서, Jowlezo 열의 손실이 일반적으로 결석하면 입사광이 완전히 반영되기 때문에 흡수가 0입니다. 빛의 흡수는 자유 전자의 에너지가 증가합니다. 전자 가스의 평형을 확립하는 시간은 전자와 원자 그릴 사이의 평형을 확립 할 때보 다 상이한 온도를 갖는 2 개의 열역학 서브 시스템이 전자 및 음파가 나타난다. 흡수 된 에너지 전자의 일부는 격자에 전달되지만, 전송 효율은 전자 및 이온의 질량의 큰 차이로 인해 작습니다. 따라서, 첫 번째 순간에 전자 장치가 그릴에 비해 현저히 과열됩니다. 그러나, 전자 가스의 온도의 증가는 격자에 의해 송신 된 에너지의 양이 7의 양과 비교할 때까지만 발생한다.

9 전자기파에서 전자에 의해 얻어진 9 에너지. 이러한 서브 시스템 τ ~ C 사이의 에너지를 교환하는 특성 시간과 물질의 레이저 가공 중 물질에 대한 방사선의 노출 시간은 거의 항상 몇 차례의 정도를 사용하여 우리는 총계를 사용할 것입니다. 금속 온도. 양호한 도체의 경우, 반사 계수 r은 일반적으로 1에 가깝고 따라서 흡수 용량이 작습니다. 우리는 일부 금속의 흡수 능력의 값을 제시합니다 (깨끗한 20 ° C에서) : 테이블 레이저 8 금속 AR + λ ~ 0.488 μm 루빈 Λ ~ 0.69 μm ND AIG Λ ~ 1.06 μm CO 2 λ ~ 10.6 μm Al 알루미늄 0, 19 0,11 0.08 0,019 W 텅스텐 0.55 0,50 0,41 0,026 Fe Iron 0,68 0,45 0.35 0,076 Cu 구리 0.56 0.17 0,10 0,015 Ni 니켈 0.40 0.30 0,26 0.03 Ag 0.05 0.04 0.04 0,014 Ti Titan 0.48 0.45 0.42 0.08 이들 데이터는 진공 금속에 유효하며, 대부분의 실제적인 경우 현실에 해당하는 경우 (예를 들어, 표면의 산화로 인해 흡수 능력이 증가 함). 유전체에 의한 빛의 흡수 유전체에 의한 빛의 흡수는 파장에 강하게 의존합니다. IR 영역에서, 흡수는 결정 격자의 진동 상태 및 유기 화합물 분자 진동에 의해 결정된다. 이 영역에서는 흡수 계수 α ~ cm-1의 값이 전형적입니다. 가시 영역에서, 흡수는 불순물 (예를 들어, 강한 자외선 흡수 밴드의 "전이 금속, 결정 격자의 결함,"꼬리 "에 의해 불순물에 의해 유발 될 수있다. 또한 분자 결정 (예를 들어, 많은 유기 화합물)에서 개별 전자 전이라고 불릴 수 있습니다. 흡수 밴드의 전형적인 계수 ~ CM -1. 계수 α는 층 두께의 두께와 상관 될 수 있습니다.

10 (I / I 0) 100 \u003d 전송 용량 (%) \u003d 100 E -αH 또는 (I / I 0) \u003d E -αH, 여기서 IN 0 방사선의 강도; 나는 과거의 방사선의 강도. 입사 방사선의 유의 한 약화가 발생하는 두께의 유용한 척도는 L \u003d 1 / α이며, 여기서 L은 약화됩니다. 비교적 약한 α \u003d 10 cm -1 및 l \u003d 10-1cm의 강한 흡수체 α \u003d 10-6cm, 10-6cm. α와 굴절률 사이의 비율은 α \u003d 4π 형태이다. M / λ는 복소 굴절률의 M 상상의 일부가 Ñ \u003d N 임의의 부분이고; λ 떨어지는 빛 파장. 테이블 재질 파장 간격, 굽힘 용량이 10 %로 감소한 경우 MKM AL 2 O 3 0,15.6.5 AS 2 S 3 0.6 13 BAF 2 0.14 15 CDSE 0.72 24 CDS 0.5 16 CDTE 0.3 30 CAF 2 0.13 12 CSBR 0.2 45 CUCL 0.4 19 다이아몬드 (IIA 형) 0.225 2.5; GaAs 1 15 GE 1.8 23 INAS 3.8 7 PBS 3 7 MgO 0.25 8.5 SE 1 20 SiO 2, (녹아있는) 0.2 4.5 Si 1.2 15 TiO 2 0.43 6, 2 Znse 0.5 22 Zns 0,

11을위한 눈에 띄는 영역에서는 일반적으로 투명한 물질, 보통 k ~ 10-5 또는 α ~ 10cm -1. 이 테이블은 유전체와 반도체가 명목상 투명한 IR 영역의 파동 간격을 나타냅니다. 이들 물질의 투명성 간격에서 α는 1 10cm -1 일 수있다. Si 연결을 갖는 대부분의 재료는 스펙트럼의 가시 영역에서 상대적으로 투명하지만 이웃 λ \u003d 10 μm에 강하게 흡수됩니다. 따라서 석영, 유리 및 규산염 미네랄을 처리하기 위해 2 개의 레이저와 함께 사용하는 것이 가장 좋습니다. 유기 고체 화합물은 IR 영역에 강하게 흡수되지만, 짧은 파장 (예를 들어, 폴리에틸렌)에서 투명 할 수 있습니다. 따라서 CO2 레이저는 이러한 재료를 처리하는 데 이상적입니다. 피부층의 표면에서 방사선 흡수가 일어나는 금속과는 달리, 유전체의 흡수와 대부분의 반도체는 약화 된 L의 길이에 의해 결정되는 층에서 일어나며, 이는 일반적인 피부층 두께를 현저하게 초과 할 수있다. IR 영역 (L\u003e 10-4cm)에서, 따라서, 많은 경우 가열은 방량으로 간주 될 수있다. 특히, 이것은 가열 박막을 의미하며, 여기서 L은 필름의 두께를 초과 할 수있다. 편광 된 광의 반사 계수는 금속에서와 같이 떨어지는 각도와 편광 방향에 의존하지만, 유전성 투과율 ε은 하나와 거의 같고 편광 된 광선을 사용하여 금속 처리 중에 현상이 관찰됩니다. 유전체의 처리가 감지되지 않습니다. 반도체에 의한 빛의 흡수. 반도체의 전기 및 광학 특성은 원자가 구역의 전자로 가득 찬 에너지 수준이 전도 구역 금지 구역으로부터 분리된다는 사실과 관련이있다. 따라서, 에너지 ΖΩ의 광자의 스트림으로서의 빛을 고려하여 양자 접근법을 사용해야한다. 반도체는 낮은 농도의 전자력을 가지며, 광 양자의 에너지가 금지 된 영역의 폭보다 작 으면 (χω

12 개의 공간 요금은 지표 지역 중심의 존재로 인한 것입니다. 이러한 센터는 주파수의 분해 및 흡착 된 원자 및 분자와 직접적으로 연결될 수 있습니다. 반도체상의 방사선의 열 작용을 분석 할 때, 전자기 방사선의 흡수 메커니즘은 구별된다 : 1. 빛의 흡수를 소유하고있다. 양자 에너지가 금단 영역 (ω\u003e ECS)의 폭보다 크면 내부 포토 펙트로 인해, 원자가 영역의 전자가 전도도 존으로 전달됩니다. 격자의 열 방출과의 전자 홀 재조합이 대체로있는 일까지 수명의 시간이 대략 반도체는 금속에 접근하기 시작하고 반사율이 증가합니다. 동시에 무료 캐리어로 방사선을 흡수 할 때 소위라는 것입니다. 전도 구역에서의 초기 전자 수의 "열"(운동의 가속), 전도 구역의 열 이온화의 결과로 전자 농도가 증가합니다. 즉. 물질을 가열하는 자체 에스테스팅 공정을 취할 수 있습니다. 흡수 계수 α1은 압축 된 흡수 (전자 및 홀에 의한 자유 캐리어에 의한 흡수)이다. 본질적으로 금속으로 자유 전자의 흡수와 유사하지만, 평형 상태 (cm-3)에서 작아지는 자유 캐리어 농도가 다릅니다. 이 흡수 α2 ~ cm 불순물 흡수의 계수. 그것은 금지 된 구역에 에너지 상태를 가진 항공사가 포함됩니다 (ΖΩ

도 13은 전자 전도를 실시하고, 전체 열전도율에 상당한 기여를한다. 반도체의 에너지 전달은 또한 재조합 방사선을 사용하여 수행 될 수 있습니다. 전술 한 것을 기반으로, 레이저 방사선에 대한 감수성의 성격에 의해 반도체는 금속과 투명 재료 간의 중간 위치를 차지한다고 결론 지어 질 수 있습니다. 반도체를 갖는 레이저 방사선의 흡수 결과, 재조합 중에 결정 격자로 방사선 에너지를 전달하는 전자 홀 쌍이 형성된다. 따라서 레이저 방사선의 힘이 증가함에 따라 가열의 결과로 재료의 손상이 발생합니다. 이러한 손상 공정은 약한 합금 실리콘의 특징입니다. 그러나 반도체의 강한 도핑을 통해 손상은 금속의 손상과 유사합니다. 반도체의 표면 처리의 품질은 또한 물질의 손상 임계 값에 큰 영향을 미칩니다. 에칭은 임계 값을 3 회 이상 비교적 연마하는 임계치를 증가시키고 10 15 %의 제조 또는 화학 연삭에 대해 증가시킨다. 1.1 절의 평평한 표면을 갖는 평평한 표면을 갖는 편평한 표면을 갖는 방사선이있는 방사선을 갖는 방사선의 반사 및 흡수는 물질의 가공 중에는 레이저 방사선 에너지를 사용하는 효율이 흡수 용량 A에 달려 있다고 말한다. 전체 굴절 전자기파 (즉, 배지의 두께를 고려하여 "흡수 용량 A (또는 반사 계수 r \u003d 1A와 동등한 재료의 반사 계수 R \u003d 1A에 해당)를 이상 이상적 평면면으로 고려해야한다. 표면이 불완전한 경우, 예를 들어, 거친 새롭고 새롭고 매우 중요하지 않은 효과가 나타나며, 그 중 일부는 미래에 들려올 것입니다. 전자기장의 기본 개념과 특성을 회상합니다. 전자기장은 2 개의 벡터로 표현된다 : E B 전계 강도; E B 자기 유도. 재료 객체의 필드의 효과를 설명하기 위해 두 번째 그룹의 벡터 그룹을 입력해야합니다. D eweltric 유도; d h 자기장의 전압. 이 벡터의 공간적 및 임시 파생물은 맥스웰 방정식과 관련이 있습니다 : 12

14 B Rote + \u003d 0; T는 4π 로스 \u003d J T (맥스웰 벡터 방정식의 첫 번째 쌍) 및 divd \u003d ρ; divb \u003d 0 (1.2.1) (1.2.2) (1.2.3) (1.2.4) (Maxwell의 스칼라 방정식의 두 번째 쌍). 방정식 (1.2.2)과 (1.2.3)에서 (div () 0 썩음을 기억 함)은 충전 보존 법칙을 반영하는 연속성 방정식을 유동합니다 : ρ + divj \u003d 0, (1.2.5) t 즉, 충전 ρ와 전류 J 가이 방정식과 연관되어 있으며, 서로 독립적으로 임의로 설정할 수 없습니다. 맥스웰의 맥스 웰 방정식이 주어진 요금 및 전류 분포가되도록 보장하기 위해서는 분야의 영향하에있는 물질의 행동을 설명하는 비율을 추가해야합니다. 이러한 비율을 물질 방정식이라고합니다. 등방성 물질의 경우 물질 방정식은 D \u003d εε0 e 형태로 기록됩니다. (1.2.6) b \u003d μM 0 h; (1.2.7) j \u003d σe, (1.2.8) ε 유전 상수; μ 자기 투과성; σ 특정 전도도. 방정식 (1.2.8)은 OHM 법의 차등 형태입니다. 광학을 위해 실제 속성이 진료소가있는 환경간에 경계가있을 때 상황이 특징입니다. 두 환경의 섹션의 표면의 경계 조건을 고려하십시오. 자기 유도 벡터의 정상 구성 요소는 섹션의 표면에 연속적입니다 : 13

15 14 B N2 BN 1 \u003d 0 (1.2.9) 전하의 표면 밀도를 갖는 표면상의 전기 유도 벡터의 정상 성분 ρ *는 4πρ * : DN2 DN 1 \u003d 4πρ *와 동일한 점프를 겪고있다. (1.2.10) 표면 밀도 j *가있는 전류가있는 경우 자기장의 전압의 접선 성분이 4πj * : C 4π HT2 HT1 \u003d J *와 같은 점프가 발생합니다. (1.2.11) c 전계의 전압의 접선 성분은 섹션의 표면에 연속적이고, E \u003d (1.2.12) T2 T1 0. 평면 전자기파의 반사 및 굴절. 평평한 선형 편광 전자파가 각도 θ1에서 재료의 표면까지 (그림). 두 개의 파도로 나뉘어져 두 번째 매체로 전달되어 반영됩니다. 두 파의 존재는 전달 및 반사 된 파도의 존재를 가정하지 않으면 이들 경계 조건에 문제를 해결할 수 없기 때문에 문제를 해결할 수 없습니다. 굴절 각도는 알려진 발현으로부터 결정된다 : Sin θ1 sinθ2 \u003d (1.2.13) n \u003d εμ이 굴절률 인 2 개의 격벽의 경계로부터의 평탄한 전자기파의 쌀 반사 및 굴절. 맥스웰 방정식 및 전기 및 자기장의 구성 요소에 대한 경계 조건은 반사 및 굴절 된 파도의 웨이브 방정식의 용액이 있습니다 (Frenelle 수식)

16 () r () (i tg θ1 θ2) // \u003d //; (θ1 + θ2) E e e e () r () I sin (θ1 θ2) \u003d e; SiN (θ + θ) 1 2 (1.2.14) ee () t () I // \u003d E // () t () I \u003d E // () t (\u003d e) 2 sin θ cosθ 2 1 (θ + θ) (cosθ θ ) sin θ2 cosθ1. 죄 (θ + θ) 1 2; (1.2.15) 흡수 매체의 일반적인 경우에, 굴절률은 통합된다 : () 1, n \u003d n≤i (1.2.16) Ⅳ를 흡입 계수라고한다 (분포하는 동안 빔을 약화시킨다. 매체. 프레슬리는 입사파의 벡터가 떨어지는 경우 (θ1 θ2), (θ1 θ2) 2 Tg 인 경우 투명한 미디어 (χ \u003d 0)의 경우 표현을 직접 반영합니다. r // \u003d (1.2.17) 2 TG1 2 및 벡터가 가을면 (S 편광)에 수직 인 경우 2 SIN R \u003d (1.2.18) 2 SIN 1 2 π Brutener 석탄 θ 2 \u003d P 편광분 용 θ 1은 반사 된 파의 r e가 (θ1 θ2) (θ1 θ2)에서 0 (도 1, a)가 동일하게된다. (θ1 θ2) // 투명 매체의 케이스가 최소값을 갖는다. 흡수 매체. 흡수 각도 θ2 굴절률의 복잡성으로 인해 식 (1.2.13)에서도 포괄적이며,이를 화학식 (1.2.14)으로 대체 할 때 고려되어야한다 (1.2 .15). 정상 가을 (θ 1 \u003d 0) 하에서 반사 계수 15

17 A B 16 그림은 e // (p 편광, 곡선 1) 및 E (S 편광, 곡선 2)의 경우 θ의 각도에서 반사 계수 R의 의존성과 \u003d 1.5의 투명 매체 ; B 흡수 매체 (n \u003d 1.5 및  \u003d 1 r \u003d () n1 n () n1 ㎛ ㎛. (1.2.19) N → (N + 1), 그 다음에 R1이면; 따라서, 정상적인 강하 하에서 강한 반사는 배지에서 방사선의 큰 흡수와 관련이있다. 경사 방울로, 얻어진 표현은 상당히 복잡하다; N 2 + N 2 × 2 \u003e\u003e 1, 다음과 같은 비율 : rr () () n1 + ¼ cos θ 1 2 n cosθ + 1 1 \u003d (p 편광), (1.2.20) n 1 + cos θ + 2 n cosθ + 1 // () n () n1 1 n 1 + ∨ 2 cosθ + cosθ \u003d n 1 + ∨ + 2 cosθ + cos θ (s 편자물). (1.2.21) 가을면 (P 편광)에 누워있는 편광에 대한 반사 파의 전기 벡터의 성분은 특정 소득 각에서 최소한 이어진다 (그림 1.2.2, B). 우리는 철 및 구리에 대한 하강 각도로부터 반사 계수의 반사율의 실제 의존성을 제시한다 (도 1.2.3, a, b). 금속 용 2 4σ n \u003d ε 1 i (1.2.22) εω 0

18 및 대부분의 경우 4σ / ω \u003e\u003e 1 (광학 범위 μ 1)에서 (1.2.19)는 양식을 취합니다 (일반 드롭 용) : 여기서 Ω \u003d 2π 순환 주파수입니다. 2Ω R \u003d 1 A \u003d 1, (1.2.23) πσ A B 그림 E // (P 편광, 곡선 1) 및 E (S 편광, 곡선 2) ) 철 (A) 및 구리 (B) : 20 ° C의 온도에서의 고체 라인, Khagen Rubens (1.2.23)의 비율은 IR을위한 실험 데이터와 잘 조화 된 전도성의 정적 값에 대한 비율로 1000입니다. λ\u003e 5 μm의 파장. 금속은 양호한 도체이므로 (1.2.23)의 경우, 방사선 CO2-LASE (λ \u003d 10.6 μm)의 파장에서의 흡수 용량 A가 작습니다 (표 1.1.1 참조). 비철금속 (Al, Cu) 및 고귀한 금속 (Ag, Au)의 경우 특히 낮습니다. 그래서이 물질의 레이저 가공이 있거나 어렵거나 가스가 2- 라이저가있는 가스를 방사하는 것이 거의 불가능합니다. 또한 금 코팅 (산화로 인해 종종 종종 은색)이 종종 이러한 레이저의 거울 제조에 사용됩니다. 비철금속의 레이저 처리는 흡수가 훨씬 더 훨씬 더 훨씬 더 훨씬 더 훨씬 더 훨씬 더 흡수되는 고체 상태 AIG 레이저 (λ \u003d 1.06 μm)를 방사하는 것이 훨씬 효율적입니다. 흡수 능력 및 입사각 및 분극 각도의 의존성은 깊은 침투력을 갖는 레이저 절단 및 레이저 용접으로 강하게 영향을받으며 다양한 레이저 방사선 센서 (예 : 객어스터)를 설계 할 때도 고려되어야합니다. 17.

19 18 2. 표면 전자파 (PEV) 및 레이저 방사선 흡수 물질의 실제 표면은 절대적으로 매끄럽지 않고, 사소한 릴리프 및 마이크로 클로로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로 클로스는 레이저 방사선의 상호 작용 및 흡수의 특성을 근본적으로 변화시킬 수 있습니다 물질로. 전자파가 회절을 희생시켜 거친 표면에 떨어지면 PEV (또는 다른 표면 편광)의 표면 전자파 (또는 다른 표면 편광)가 발생합니다 (또는 다른 표면 편광). PEV는 두 환경의 경계선을 따라 적용되며 동시에 둘 다 두 가지가 있습니다. 광학 범위 PEV의 연구에 대한 관심은 실제 표면에서 EM 방사선을 효과적으로 자극하고 다양한 프로세스에 유의하게 영향을 미칠 수 있다는 사실 때문입니다. 이러한 공정 중에서 : 입자에 의해 표면에 흡착 된 광산란; 금속으로부터 레이저 방사선을 반사 할 때 더 높은 고조파의 생성; 흡수 변화; 광 화학 반응; 표면주기 구조의 형성. PEV는 표면 근처에서 현지화되고 지수가 양면의 양쪽을 따라 퇴색합니다. 2.1 : () a \u003d a0 exp (± 1,2z) Exp i kx s ωt. (2.1) PEV 섹션의 인터페이스상의 PEV의 리가 국소화는 엄격하게 횡단 전자파가 아니라 부분적으로 종 방향 전자파 TM 유형 : PEV (파도 벡터 k S)의 전파 방향에 수직 인 자기 벡터 H이다. , 표면 평면에 있습니다. 전기 벡터는 두 개의 구성 요소를 갖는다 : E z는 표면에 수직이고, 웨이브 벡터 k s를 따라 e x. 떨어지는 쌀 간섭 PEV, 반영 및 사전 -

파손 된 파도가있는 20은 표면 및 그 소산 (흡수)에서 전자기장의 성질을 결정합니다. 결과적으로, 표면 릴리프가 특정 주기성, 변조 및 방향의 깊이를 갖는 경우, 임의의 깨끗하고 비 산화 된 표면은 매우 높은 흡수 용량 A1을 가질 수있다. 임의의 거칠는 공간 푸리에 스펙트럼에 제출 될 수 있으므로 원칙적으로 표면 거칠기의 회절 문제는 정현파 구호에 대한 회절 작업으로 감소됩니다. 생성 된 전자기장은 사고 및 파도의 푸리에의 푸리에의 모든 회절의 중첩에 의해 얻어진다. 평평한 전자기파 E (X, Y, Z, T) \u003d EXP (IKX + IK Ω Ω) + êî ïïïïïïïï +의 가을을 고려하십시오. PEV의 전기 및 자기장의 유전 상수 구성 요소가있는 매체의 표면에있는 IITZ (2.2) 2 ε (ω) \u003d ε (ω) + i ε (ω) \u003d (n + Im) (2.3) 및 자기 투자율 μ \u003d 1, 반 공간 z ∈ (x, y) \u003d 2 Aq cos (qr + φ) \u003d qu exp (iqr) + êîûïïïïï .., (2.4) 입사 전자파 k 0 0 \u003d k ω 웨이브 벡터는 각각 C kt \u003d k0 sin θ ð ð Â åêère í Î ñü x; (2.5.a) kz \u003d k0 cos θ ï ¼ å z, (2.5.b) Q 2π 웨이브 벡터 그릴 q \u003d; r \u003d () xy, 반경 - 벡터, 평면에 거짓말 z \u003d 0; θ 전자파의 발생의 각도. 십구

21 변조 된 경계 (2.4)에서 회절 방사선 회절 (2.2)의 결과로서, 회절 필드 세트는 배지 외부로 일어난다. \u003d KKPP 0 및 내부 중간 e \u003d E EXP (IKR γ ZI Ω T) + Ê Ïëïïïïïïï γ \u003d kk ε, PP 0 여기서 인덱스 p (p \u003d 0; ± 1; ± 2;) 회절의 순서를 의미합니다 ; k \u003d k p q p t (2.6) (2.7) (2.8) 값 p \u003d 0은 반사 된 거울에 대응하고 굴절 된 프레 셀리 파도에 해당한다. 배지 내부 및 배지 내부의 분야의 진폭은 전체 전자기장의 구성 요소에 대한 맥스웰 방정식 및 경계 조건의 용액으로부터 결정됩니다. 그들은 특별 문학에 명시되어 있으며 매우 복잡합니다. 동시에 일부 PEV 특성은 충분히 충분한 간단한 뷰에서 얻을 수 있습니다. 예를 들어 충동 보존 법의 벡터 다이어그램을 사용하십시오. 1 차 순서의 회절 된 물결을 고려하십시오 (P \u003d ± 1). 정현파 구호의 회절의 결과로서,이 두 파도는 웨이브 벡터 k1 \u003d k t q (Ñō êñ Â Â à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à); (2.9) K \u003d 1 K + T Q (2.10) 벡터 다이어그램으로 표현 될 수있는 것은 무엇인지. 도 1의 2.3 반경 r \u003d k 0이있는 원은 떨어지는 파의 웨이브 벡터의 크기와 같습니다. 자연적으로, 입사 P 편광 된 파는 스토크의 웨이브 벡터 및 / 또는 안티 스트로크 파가 떨어지는 물결의 웨이브 벡터와 동일 할 때 표면파 (공진 경우)를 효과적으로 여기 할 것입니다 : kp k (2.11) 0,


강의 11 계획 1. 인터페이스 인터페이스의 광학 현상 : 섹션의 경계선의 편광 빛의 반사 및 굴절. Frenelly 공식. 3. Brewer 효과. 4. 가벼운 물결 위상을 변경하십시오

W09 전자기파. Polaritons. 다양한 환경에서 전자기파의 특징을 고려해야합니다. 모든 Maxwell의 알려진 방정식은 1 B Div D 0 썩음 (1)의 형태로 사용됩니다.

3 3. 고조파 발진기, 봄, 물리적, 물리적, 수학 진자. 물리적 진자. 물리적 진자는 주저하는 중력의 영향을받는 고체 몸체라고합니다.

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) 각도가 공기로부터 액체의 표면까지의 광선을 떨어 뜨리면 유리 용기의 바닥이 반사 될 때 (n \u003d, 33), 빛이 완전히 편광되었습니다. 2) 무엇

13 "전하 캐리어의 생성 및 재조합"자유 전자의 형성 및 구멍 전하 캐리어의 생성은 결정 격자의 원자의 열 혼란 운동 일 때 발생합니다.

광 분산액은 맥스 웰 방정식으로부터 전하 및 전류 (\u003d; j \u003d)가 없을 때 균일 한 선형 등방성 (\u003d Onest) 비 자극 (\u003d) 배지의 경우 웨이브 방정식을 얻을 수있는 것으로 알려져있다.

맥스웰 방정식을 테스트하는 전형적인 질문 1. 전자기장에 대한 맥스웰 방정식의 전체 시스템은 다음과 같습니다. 방정식이 다음 진술 인 결과를 나타냅니다.

i..3 전자기파의 주요 특성. 1. 벡터 E R 및 H r 맥스웰 방정식 시스템의 교차 및 직교성 전자기의 발생 및 분포를 정확하게 설명 할 수 있습니다.

작업 5.9 가스 레이저 장비 연구 : 가스 레이저, 회절 및 간섭 세트, 측정 눈금자, 스크린. 소개 정상 열역학이있는 물질로 빛의 상호 작용 현상

웨이브 광학 장. 간섭 및 회절 ... 일관된 파도의 간섭 .... 간섭의 징후를위한 조건. 웨이브 간섭 - 2 개 또는 여러 파도의 공간에 추가됩니다.

웨이브 광학 표시등은 복잡한 현상입니다. 경우에 따라 빛은 특수 입자의 스트림으로 전자기파처럼 작동합니다. 우리는 웨이브 광학을 먼저 공부할 것입니다 - 현상의 원을 기반으로합니다.

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빛의 웨이브 특성 듀얼 듀얼 (이원론)의 성격. 이것은 빛이 전자기파로서 그리고 광자 입자의 흐름으로서 그 자체를 나타냄을 의미합니다. 광자 에너지 ε : H는 어디에서 일정한 판자이고,

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원고 권리

Nethekin Alexey Yuryevich.

레이저 방사선의 상호 작용

다층 재료로

01.04.21- 레이저 물리학

과학적 학위를 위해서

물리적 및 수학 과학 의사들

상트 페테르부르크 - 2011.

이 일은 더 높은 전문 교육 "상트 페테르부르크 주 폴리 테크닉 대학"의 연방 국가 예산 교육 기관에서 수행되었습니다.

(FGBOU VPO "SPBGPU")

과학 컨설턴트 :

Privalov Vadim Evgenievich.

공식 상대 : 신체적, 수학 과학 의사, 교수

Aksenov Evgeny Timofeevich.

신체 및 수학 과학 의사, 교수 의사

Tolmachev Yuriy Alexandrovich.

신체 및 수학 과학 의사, 교수 의사

Fedortsov Alexander Borisovich.

선도적 인 조직 : Baltic State Technical University "Milnamekh". D.F. Ustinov.

보호는 2011 년 _______

fGBOU VPO "세인트 피터스 부르크 국립 폴리 테크닉 대학교"195251, 러시아, 상트 페테르부르크, ul. Polytechnic, D. 29, K. 2, A.470.

논문은 기본 도서관에서 찾을 수 있습니다.

FGBOU VPO "상트 페테르부르크 주 폴리 테크닉 대학교"

과학 비서

논문위원회

d.T., Korrotkov 교수 교수

작업에 대한 일반적인 설명

논문 논문은 수학적 모델링 방법을 사용하여 다층 재료의 레이저 방사선의 상호 작용 공정에 대한 분석에 전념합니다.

주제의 관련성. 최근에는 레이저 방사선의 사용에 기반한 방법이 다양한 광학적으로 불균일 한 물체의 내부 구조를 진단하는 데 널리 퍼져 있으며, 특히 그들은 의학, 생물학, 재료, 대기압 및 해양 물리학 및 기타 분야에 관한 의학, 생물학, 과학 분야에서의 적용을 찾습니다. 현대 과학.

특히 관심있는 것은 다층 생물학적 물질과 레이저 방사선의 상호 작용입니다. 전력의 밀도에 따라 3 종류의 레이저 방사선 상호 작용 효과는 생물학적 성분과 구별됩니다 : 광 화학적, 비교적 작은 전력 밀도 값; 열이며 매우 높은 에너지 밀도 값과 매우 짧은 방사선 배달 시간이 매우 높은 전력 밀도 및 포토 기계 (비선형)의 평균값을 갖는 것입니다. 짧은 시간 간격 동안 전달 된 방사선 에너지 밀도가 증가함에 따라 재료의 폭발성 제거 (광체)가 발생합니다.

바이오 성의 다층 및 다중 성분 구조로 인해, 방사선의 상호 작용은 매우 복잡합니다. 예를 들어, 피부의 흥분 층은 입사 방사선을 반영하고, 콜리머 화 된 광선은 공기 경계의 현미경 이질성으로 인해 확산으로 변환됩니다 - 호색 층. 빛의 반사 된 피부의 대부분은 직물의 다양한 층 (각각의 층, 표피, 진피, 미세 혈관 시스템)에 의해 역 산란에 의해 형성된다. 피부의 광 안료의 흡수는 빌리루빈의 농도, 헤모글로빈 산소의 포화 및 조직 및 혈액에서의 약물 함량에 대한 정량적 인 정보를 제공하며, 이는 다수의 질병의 진단 방법의 기초이다.

레이저 진단의 현대적인 방법의 효과를 향상시키기 위해서는 새로운 방법을 개발하기 위해 생물체를 포함하여 다층 미디어에서 빛을 뿌리는 과정의 특징에 대한 자세한 연구를 제공합니다. 그러나 현재 구조적으로 불균일 한 배지에서 빛의 전파를 설명하는 정확한 이론은 없으며, 실험 연구는 구조적 동적 매개 변수의 일정성을 유지하는 데 어려움에 의해 복잡합니다. 이와 관련하여, 증가하는 역할은 레이저 방사선 전파 공정의 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 획득된다. 모델 미디어에서 레이저 빔의 전파 과정의 특징을보다 신중하게 조사 할 수있을뿐만 아니라 측정 시스템의 다양한 파라미터와 연구의 다양한 매개 변수로부터 얻은 결과의 의존성을 조사 할 수 있습니다. 실험. 이를 통해 가장 효율적인 진단 측정에 대한 권장 사항을 개발할 수 있습니다.

연구 결과와 연구에서 개체의 올바른 진단을 해석하기 위해 실험 데이터와 컴퓨터 모델링 또는 이론적 계산 결과를 비교함으로써 달성되는 빛의 전파의 파라미터를 알아야합니다. 고려중인 경우에 적용 할 수 있습니다. 생물학적 물체에서 방사선의 확산을 계산할 때 주요 문제 중 하나는 방법의 선택입니다. 컴퓨터 장비의 급속한 발전으로 인해 Monte Carlo 통계 테스트 방법이 종종 사용됩니다. 다층 매체에서의 방사선의 전파와 관련하여,이 방법은 연구중인 매체에서 광자의 랜덤 궤도를 계산 한 다음, 얻어진 결과의 일반화에 의해 수치 실험의 다중 반복을 기반으로합니다. 충분히 많은 수의 통계 데이터를 축적 할 때,이 방법은 실험 결과와 비교할 수있을뿐만 아니라 실험 결과를 예측할 수 있습니다. 이러한 모델링의 정확성은 시뮬레이션 된 객체에 대한 모델의 대응뿐만 아니라 기계 시간의 비용에 의해 결정됩니다.

모델링에서 중요한 문제는 명시 적으로 측정 할 수없는 계산에 사용되는 모델 매개 변수의 값을 올바르게 선택합니다. 특히 많은 베이에이에게는 다양한 저자가 얻은 광학 특성의 값 사이에 현저한 불일치가 있습니다.

위의 모든 것들은 주제의 관련성을 확인 하고이 논문 작품의 목적을 공식화 할 수있게합니다.

논문의 목적은 다음과 같습니다.

다층 생물학적 환경과 다양한 강도의 레이저 방사선의 상호 작용의 상호 작용, 레이저의 상호 작용의 일반적인 문제의 용액의 관점에서 용액의 한쪽면에서 이러한 공정의 모델 생성 물질이있는 방사선 및 다층 생물학 물질의 특성을 반영하는 반면에.

요구 목표 달성 :

1. 생물학적 환경을 연구하고 분석하는 이론적 방법의 개발, 생물학적 환경에서의 빛의 전파 및 복소 형상의 생물학적 조직과의 레이저 방사선의 상호 작용을위한 메커니즘을 고려하는 기존 이론 및 모델의 중요한 분석을 의미합니다.

2. 육체적 인 창조 수학적 모델 복잡한 형상의 내부 비균질성을 닫은 임의의 비대칭 기하학적으로 미디어에서 레이저 방사선의 전파 및 적절성의 정도를 평가하는 방법.

3. 개발 된 모델을 사용하여 순수한 실용적인 작업을 해결하고 새로운 진단 기술을 기반으로하는 가능성을 분석합니다.

과학적 참신함

작품에서는 현재의 논문이며, 처음으로 저자 인이 논문입니다.

  1. 만들어진 과학적 개념 및 상기 복소물 형태의 폐쇄 형태의 내부 불균일성을 포함하는 임의의 비대칭 기하학적 조직과 레이저 방사선의 상호 작용을 연구하는 방법.
  2. 모델링의 새로운 디자인 영역이 제안 된 테트라 헤드로그 요소가있는 그리드 형태로 제안되었으며, 이는 다층 구조에서의 방사선 전파 공정의 3 차원 모델링을 제공하며, 이는 임의의 기하학의 생물학적 매질을 일하고 있습니다.
  3. 온도 반응은 자외선으로 조사하기 위해 나노 입자를 포함하여 온도 반응에 의해 검출됩니다. 흡수 된 광 에너지 및 온도 필드의 밀도의 변화는 입사 방사선의 파장, 검사 나노 입자의 농도 및 탈구에 따라 계산됩니다.

4. 다층 생물학적 물질을 고려하여 고체 생물학적 조직의 레이저 절제의 원래 모델은 개발되고 이론적으로 실증됩니다. 이 모델의 적용 가능성은 다층 생물학적 조직의 레이저 절제에 대한 기존의 실험 데이터를 기술하는 것으로 나타났습니다.

결과의 신뢰성

얻어진 결과의 정확성과 결론은 사용 된 물리적 모델의 적합성, 사용 된 근사치의 정확성, 정산 및 실험 데이터의 재현성, 다른 저자가 얻은 결과를 준수함으로써 보장됩니다.

과학적이고 실질적인 의미

임의의 기하학의 다층 재료로 레이저 방사선과의 상호 작용에서 큰 과학적 작업이 해결되었습니다. 이를 통해 귀하가 열거 된 모든 결과를 요약하고 논문에 주어진 결과뿐만 아니라 더 유용한 결과를 얻을 수있는 과학적이고 실질적인 중요성을 증가시킬 수 있습니다.

얻어진 결과는 생물학적 조직의 광학 진단 방법으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 광학적 일관성 단층 촬영에서 사용할 수 있습니다.

나노 입자를 이용한 생물 케이크의 온도 반응을 계산하는 방법은 광 UV 및 UV-B 범위가 조사 될 때 표준 기준 데이터 (GSSD)의 상태 서비스의 방법론으로 인증되며, 인증서 제 150 호.

큰 실제 적용은 고체 생물학적 조직의 레이저 절제의 매개 변수의 계산을 가지고 있습니다. 그들은 레이저 수술 및 치과에서 사용할 수 있습니다.

논문에서 얻은 결과는 또한 학생, 대학원생을 특수 "레이저 물리학"의 강의에서 강의적으로 강의적으로 강의적으로 준비하는 데있어 교육 과정에서도 적용될 수 있습니다.

주요 조항은 부여되었습니다

1. 복잡한 지오메트리가있는 불균일 한 다중 성분 조직 및 미디어가있는 레이저 방사선의 상호 작용을 연구하기위한 개념 및 방법은 다층 재료 및 직원과의 방사선 상호 작용의 프로세스를 설명하여 실제 진단 기술, 장치 및 장치에 대한 전신 소프트웨어를 생성 할 수 있습니다.

2. 몬테 카를로 (Monte Carlo)와 유한 방법을 사용하여 복잡한 형상의 폐쇄 형의 내부 비 균질을 포함하여 계산 된 배지의 임의의 비대칭 설계를 갖는 다층 미디어의 다른 방사선의 밀도 분포의 밀도 분포 모델 - 인체 파티션.

3. 열처리의 발생을위한 조건을 확립하고, 열처리의 열로 하중을 연구하기위한 개발 모델의 적용 가능성을 평가할 수있는 다층 조직과의 다양한 강도의 레이저 방사선의 레이저 방사선의 상호 작용을위한 주요 메커니즘 그들 안에 절제 과정의

4. 온도 반응은 자외선 방사선 조사에 나노 입자를 포함하여 베이 분사로, 입사 방사선의 파장, 배지에 포함 된 시험 나노 입자의 농도 및 전위를 고려할 수있게한다.

5. 다층 생물학적 물질을 고려하여 고체 생물학적 조직의 레이저 절제의 모델.

출판물 및 결과 승인

논문에 제시된 연구 결과는 다음 과학적 회의에서보고되고 논의되었습니다.

나는 국제 및 모든 러시아어 참여와 동부 동부 회의입니다. "극동의 새로운 의료 기술"(Khabarovsk, 1996); 지역 과학 심포지엄 "신기술 치료에 대한 호흡 기관의 생태학 및 질병"(Birobidzhan, 1997); II 원동 동부 과학 회의 "극동의 새로운 의료 기술"(Vladivostok, 1998); III 극동 지역 회의 "극동 지역의 새로운 과학 기술"(Blagoveshchensk, 1999); III 국제 과학 및 기술 회의 "양자 전자"(민스크, 2000); III Regional Scientific Conference "물리학 : 근본 및 적용 연구, 교육"(Blagoveshchensk, 2002); 지역 학교 - 심포지움 "고체의 물리학 및 화학"(Blagoveshchensk, 2003); 국제 회의 "생물학 및 의학의 레이저 광학 기술"(민스크, 2004, 제 4 아시아 태평양 회의 "(APCOM 2004) (Khabarovsk, 2004)의 기본 문제 IV 국제 젊은 과학자 및 전문가"광학 2005 "(St. Petersburg, 2005); v 지역 과학적 회의"물리학 : 근본 및 적용 연구, 교육 "(Khabarovsk, 2005); 국제 심포지엄"무기 자료를 창출하는 원칙 및 과정 (제 3의 Samsonovsky 판독 값) "(Khabarovsk, 2006) ; vi 지역 과학적 컨퍼런스 "물리학, 근본 및 적용 연구, 교육"(Blagoveshchensk, Amsu, 2006); MEFI-2007의 과학회 (모스크바, 2007); 국제 회의 "첨단 레이저 기술"(ALT) (alt) (Levi, 핀란드) , 2007); 국제 회의 "레이저, 측정. 2008"(St. Petersburg, 2008); XV All-러시아어 과학 및 방법론 "Telematics 2008"(St. Petersburg, 2008); 국제 광학 의회 "Optics-Hhi Century"(세인트 피터스 버그, 2008); XVI 국제 과학 컨퍼런스 "의학의 레이저 정보 기술"(Novorossiysk, 2008); 국제 회의 "레이저. 측정. 정보. 2009 "(상트 페테르부르크, 2009); VIII 지역 과학적 회의 "물리학 : 근본 및 적용 연구, 교육"(Blagoveshchensk, 2009); 고급 레이저 기술 (Alt 09) 국제 회의 (Antalya, Turkey, 2009); XX 국제 생물 전기 화학 및 생물학적 층에있는 국제 심포지움 (Sibiu, 루마니아, 2009); 국제 회의 "레이저. 측정. 정보 "(상트 페테르부르크, 2010); 국제 회의 "Life Sciences의 레이저 응용"(LAL 2010) (핀란드, 2010).

논문에 명시된 모든 원래 결과는 저자가 개인적으로 또는 과학적 리더십 하에서 얻습니다.

논문의 구조와 범위

논문은 5 장과 결론을 도입하는 것으로 구성됩니다. 105 개의 도면을 포함하여 타자기 텍스트 262 페이지, 사용 된 소스 목록, 214 항목 번호 매기기, 논문 주제에 대한 저자의 주요 출판물에 대한 참조.

논문 요약

소개에서논문의 주제의 관련성이 정당화되고, 일의 목표와 목표가 제형으로되어있어서 보호를 위해 제출 된 주요 조항이 열리고, 얻어진 결과의 과학적 참신, 실질적인 가치 및 신뢰성이 관찰됩니다. 레이저 방사선과 다층 조직과의 상호 작용의 주요 특징이 제시됩니다.

첫 번째 장에서이러한 프로세스를 분석하기 위해 가장 최적의 수학적 접근법을 선택하기 위해 다층 조직에서 레이저 방사선 전파를 설명하는 데 사용되는 기존 이론에 대한 간략한 개요.

적층 체재의 방사선 전파의 문제를 해결하기위한 두 가지 주요 접근법의 분석에 중점을 둡니다.

그들 중 첫 번째는 맥스웰 방정식과 파동 방정식을 기반으로하는 물질과의 방사선의 상호 작용의 파동 이론을 기반으로합니다. 매체는 공간 좌표로부터의 랜덤 변수의 형태로 특정되는 계수 및 입자 흡수 계수를 산란 계수 및 입자 흡수 계수로 특징 지어지는 것을 특징으로한다. 결과적으로, 이러한 통계 값에 대한 적절한 일체형 또는 차동 방정식은 분산 및 상관 기능이 얻어진다. 이러한 접근법은 수학적으로 여러 산란 및 회절 및 간섭의 영향의 영향을 고려하는 것이 원칙적으로 가능하다는 의미에서 엄격합니다. 그러나 이러한 제형에서는 일반적인 결정이 아직 발견되지 않았지만 분석 해결책은 강하게 희귀 한 미디어 (생물학적 현탁액 및 솔루션, 안개 구름의 직접 범위가있는 경우)에 대해서만 분석 해결책을 얻었습니다. 객체는 복잡한 다층 매체에서 발생하는 프로세스의 분석을 명확하게 분명하게 만듭니다.

다른 접근법은 파도 방정식에서 따르지 않는 방사선의 가장 개발 된 현재 분석적인 이론 (TP)의 이론 (TP)을 기반으로합니다. 이 이론은 입자가 포함 된 배지에서 에너지를 전달하여 직접 작동합니다. 각각의 산란 입자는 일관된 분산 효과 간의 상호 작용 가능성을 제거하는 이웃들로부터 충분히 제거된다고 가정한다. 분야가 첨가 될 때 상관 관계가없는 경우에는 강도가 있으며 필드 자체가 아닙니다. TP의 주요 방정식은 방사선 전송 방정식입니다.

여기서 - 에너지 밝기는 광자의 움직임 속도, 흡수 계수, 산란 계수가 위상 산란 기능이며, 광자 소스 함수는 코르니아의 무의미한 요소입니다.

그것은 가스의 운동 이론과 중성자 이전 이론에 사용되는 볼트 츠만 방정식과 같습니다. TP는 많은 물리적 현상을 기술하고 행성, 별 및 은하의 대기 중의 방사선 분석을 분석 할 때 다양한 작업 (대기 및 수중 가시성, 해양 생물 및 포토 유세미, 광학적 인 생물학적 생물학, 광학적 인 생물학, 광학적 인 생물학, 광물의 광학)에서 성공적으로 사용됩니다.

이송 이론은 복잡한 기하학의 다층 조직에서 광학 방사선의 전파와 관련된 프로세스를 설명하기에 가장 적합하다고 결론 지었다. 생물학적 입구 내부의 레이저 방사선의 신뢰성있는 층별적으로 층 - 층 층의 선량을 수행하기 위해 광학 확산 단층 촬영 및 바이오 목적의 분광학 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 임의의 구성 환경 및 경계 조건에 직접 및 역 방사 전송 문제를 해결하기위한 새로운 방법의 개발 및 개발이 필요합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 몬테 카를로 방법이 촉진되어 방사선 전달 방정식의 수치 용액에 널리 사용된다는 것을 보여 주었다.

둘째 검토 - 분석 성질 인 장은 생물학적 조직과의 레이저 방사선의 상호 작용을위한 주요 메커니즘으로 간주됩니다. 생물학적 조직의 열적 효과 및 절제에 대한 고려 사항에 특히주의를 기울이십시오.

"열 상호 작용"이라는 용어는 중요한 매개 변수가 온도가 국부적 인 상호 작용 유형의 큰 그룹을 설명합니다. 레이저 방사선의 열 효과는 1 μs 이상의 펄스 지속 기간을 갖는 연속 방사선 또는 펄스 방사선을위한 전력 밀도가\u003e 10W / cm2 인 경우에만 발생한다. 따라서 매우 저전력 밀도 (일반적으로 1 W / cm2) 및 장기 노출 시간에서 발생하는 물질과 방사선의 광 화학 반응에 의한 프로세스가 상세히 분석되지 않습니다.

조직 온도의 효과 및 최대 달성 값에 따라 고압 성, 응고, 증발, 탄화 (Charry) 및 용융과 같은 다양한 열 효과를 구별 할 수 있습니다.

온도는 기본입니다 물리적 가치천으로 빛의 모든 열 상호 작용을 특성화합니다. 열 응답을 예측하기 위해 조직 내부의 온도 분포 모델을 생성해야합니다. 종종 생물학적 조직에서는 하나가 아니라 몇 가지 열 효과 (레이저 매개 변수에 따라 다름)입니다. 뒤집을 수없고 돌이킬 수없는 조직 손상을 할당하십시오. 세포 괴사의 임계 온도는 조사 시간에 의해 결정되므로, 가역적 효과가 비가역 반도로와 구별 될 수있는 정확한 온도 값이 없다. 따라서, BIITES의 손상 정도는 조사의 에너지, 부피 및 지속 기간에 의해 결정됩니다. 가능한 열 프로세스가도 1에 도시되어있다. 1. 열 효과의 현지화 및 공간적 길이는 레이저 노출 동안 및 후에 비오 튜브의 온도에 따라 다릅니다.

무화과. 1. 생물학적 조직 내부의 열 효과의 현지화.

이러한 프로세스 중 하나는 광 강도 레이저 방사선 (전력 밀도 - 107-108W / cm2, 나노초 레이저 펄스 용)의 작용하에 재료가 분해되는 사실을 보여줍니다. 절제 깊이, 즉 하나의 펄스에 대한 재료를 제거하는 깊이는 특정 포화 제한까지의 펄스 에너지에 의해 결정됩니다. 절제하는 동안 샘플의 기하학적 구조는 레이저 빔의 공간적 특성에 의해 결정됩니다.

인시던트 방사선의 강도에서 절제 깊이의 의존성을 설명하는 모델을 만들려면 대부분의 그룹은 빛을 흡수하기 위해 Bugger-Lambert 법의 신뢰성을 가정합니다.

화물은 다음과 같은 경우에 발생합니다.

iph 임계 값 방사선 강도가 광 화재로 이어지는 곳. 이 상태는 다음을 나타냅니다. 광체를 만들기 위해 일정량의 에너지가 단위 당량 단위로 흡수되어야합니다. IPH의 임계 강도는 분할을 위해 파괴되어야하는 최소 연결 수에 의해 결정됩니다.

ablation depth d, i.e. 깊이가있는 깊이 - i (z) \u003d iph :

이 간단한 모델은 광 화면의 시작 부분에서 IPH 임계 값을 제외하고 Pdlableation 프로세스를 잘 설명합니다.

다층 Biotissions와 레이저 방사선과의 상호 작용을위한 기존 메커니즘의 분석은 열 효과의 연구 및 평가를 위해 열전 효과의 비 정지 방정식을 해결할 필요가 있으며, 특정 작업. 이러한 문제 로서이 논문에서는 4 번째 및 제 5 장에서 해결 된 고체 다층 생물학적 조직의 레이저 절제의 레이저 절제의 다양한 개재물과 계산을 고려하여 다양한 개재물의 온도 반응을 고려합니다.

세 번째 머리 흡수 된 광 에너지의 밀도의 분포를 계산하고 분석하기위한 실제 베인의 다층 구조를 고려하여 복잡한 형상의 불균일 한 생물학적 환경에서 광학 방사선의 전파를위한 수학적 모델을 구축하는 문제를 해결하기 위해 헌신적이다. 다양한 층에서.

이 문제의 일환으로 다층 생물학적 환경의 진단을위한 원격 광학 방법의 개발에 특별한주의가 지급됩니다. 그러나 가장 잘 알려진 방법은 연구중인 물체의 광학 및 기하학적 매개 변수의 변화를 고려하지 않습니다. 주로 지역의 불균일합니다. 이러한 물체의 시각화를 모델링하는 관점에서 가장 적절한 것은 모델 웨이브 패킷의 스트림 형태로 방사선의 전파를 기반으로하는 몬테카를로 통계적 방법을 사용하는 것입니다. 주어진 에너지와 분포 방향으로 특정 "다양성"의 광자의 조합. 이는 모델 패키지가 위상 및 분극과 같은 특성을 나타내지 않으며 상호 작용시 유사한 에너지 입자를 형성 할 수있는 Quasiparticle입니다.

바이오 튜브 내부의 강도 분포는 흡수 계수 A, 산란 계수 S, 이방성 파라미터 G, 레이저 빔의 크기의 기능이다. 이는 레이저 요법이있는 정량적 방사선 DeSimetry에서 중요한 어려움을 유도합니다. 분석을 단순화하기 위해 분석을 단순화하기 위해 분석을 단순화하기 위해 분석을 단순화하기 위해 복잡한 다층 구조로의 빛 분포에 대한 연구는 레이저 빔의 치수가 깊이보다 훨씬 큽니다. 다양한 종류의 광선 요법으로 구현되는 패브릭으로의 가벼운 침투. 다층 Biotissions의 전형적인 예는 가죽, 방광벽, 자궁, 혈관입니다.

몬테 카를로 법의 사용은 소형의 티슈 내에서 균질 한 것으로 가정되는 매체의 거시적 광학 특성의 사용을 기반으로합니다. 모델링은 별도의 셀 내부의 방사선 에너지의 배포 세부 사항을 고려하지 않습니다. 알고있는 알고리즘은 광학 특성, 입사 빔의 최종 크기, 레이어 섹션의 경계에서 빛의 반사를 가진 다양한 생물학 조직의 여러 층을 고려할 수 있습니다.

정확성이 높고 다양성을 갖춘 Monte Carlo 방법의 주요 단점은 높은 기계 시간 비용입니다. 컴퓨팅 기술의 하드웨어 및 소프트웨어 도구의 개발은 시간 요인의 역할을 줄이지 만, 새로운 레이저 진단 및 치료법의 새로운 수단의 개발은 몬테카를로 방법의 효과적이고 비교적 간단하고 신뢰할 수있는 알고리즘을 만들어야합니다. 예를 들어, 새로운 응축 된 몬테 카를로 (monte carlo) 방법을 사용하면 하나의 특정 알베도 값에 대한 모델링을 기반으로 한 Albedo의 모든 모델을위한 솔루션을 얻을 수 있으므로 계산이 크게 가속화됩니다. 몬테카를로 법의 정확성과 확산 이론의 속도를 결합하거나 분석 표현 근사의 속도를 결합하여 매우 경제적 인 하이브리드 모델도 개발됩니다.

이론적 모델링을 통해 다양한 초기 조건 세트를 조사하고 실험 결과를 실시간으로 자유롭게 해석 할 수 있습니다. 이로 인해 작업을 현저히 촉진하고 계획 실험을 준비하고 얻은 결과를 분석 할 때의 시간 비용을 줄입니다. 그러나이 분야의 대부분의 현대 연구는 얻어진 결과의 적용 분야에 상당히 중요한 제한을 분명히 부과하는 다중 산란 환경의 1 차원 또는 2 차원 표현을 기반으로합니다. 본 논문에서는 살아있는 조직에서 광학 방사선의 3 차원 전파의 공정을 반영하여 수학적 모델이 구성된다. 모델 매체의 볼륨은 3 차원 공간의 주소 지정된 (인덱싱 된) 체적 요소 집합이라고 가정합니다. 모델 패키지에 대해 가능한 이벤트 선택은 상호 작용하거나 초등 또는 표면으로 표면으로 계산되거나, 후자가 서로 다른 광학 특성을 가진 층 사이의 단면의 경계 인 경우.

모델은 방사 전송 방정식을 기반으로합니다.

광자 흐름이 지시되는 임의의 형태의 불완전한 비균질성을 갖는 다층 생물학적 배지가 고려된다.

시뮬레이트 된 매체는 두께, 산란 및 흡수 계수, 산란 각의 중간 코사인, 상대 굴절률을 나타냅니다. 매체는 랜덤 산란과 센터의 광자를 흡수하는 것으로 보입니다 (그림 2).

입사광 빔 (방사선 소스)은 좌표 (0, 0, 0)와 함께 그 지점에서 그 표면 (X, Y)에 수직 인 Z 축을 따라 매체를 수직 한 Z 축을 따라 매체에 들어가는 100 만 개의 광자 패키지로 구성됩니다. 패키지의 광자 수는 입사 빔의 에너지를 결정합니다. 모든 계산은 3 차원 데카르트 좌표계로 만들어집니다.

산란 및 흡수가 발생하는 배지의 입자는 구형으로 대칭이다. 이 근사치는 일반적으로 이러한 경우에 사용되며 강한 산란을 갖는 매체를 통과하는 과정에서 광자가 다른 각도의 입자와 상호 작용한다는 사실을 기반으로합니다. 따라서 평균 산란 표시자를 적용 할 수 있습니다. 이 모델의 사용 및 실험 결과와 수치 계산을 비교하는 것은이 근사치가 대부분의 생물학적 조직의 특성을 만족스럽게 묘사한다는 것을 보여주었습니다.

두 개의 하위 도메인의 경계에서 굴절을 설명하기 위해 Fresnel Law는 사용합니다. 도 1의 도 2는 매체 내의 광자 움직임 궤도의 예를 도시한다. 상호 작용 전에 광자의 자유 마일리지의 확률 밀도의 기능 - - Bugra-lambert-bera의 법으로는 다음과 같이 결정됩니다.

a가 흡수 계수 인 경우, S는 산란 계수이고, T는 T \u003d A + S와 동일한 완전한 감쇠 계수이다. 광자가 각도를 편향시킬 때, 일회성 분포 방향을 방위각 각도로 편향된 것으로 가정하여 간격 내에있는 값이 있다고 가정합니다. 비대칭 산란은 고려되지 않습니다.

흡수를 설명하기 위해 암시 적 광자 캡처라고하는 방법이 사용됩니다. 모델링시, 비 각 광자의 움직임은 별도로 고려되지만 광자 패키지가 고려됩니다. Photon 패키지 (미래의 단순화에서 패키지)는 유사한 궤적에 따라 광자 세트의 움직임을 시뮬레이션합니다. 결과적으로 매체와 상호 작용할 때 패키지에서 광자의 일부만 흡수되고 나머지 부분이 흡수됩니다. 부품은 그 움직임을 계속합니다.

무화과. 도 2는 매체 내의 광자 모션 궤도의 예이다.

생물 방지 링크에서 레이저 방사선의 전파를 설명 할 때, 매우 복잡 할 수있는 매체의 실제 기하학적 구조, 베이에이션의 다층, 크기 및 입사 방사선의 각도 분포 일 수있는 매체의 실제 기하학적 구조를 고려해야합니다. 이 모델을 구현하는 데 Monte Carlo 방법을 사용하여 오늘날의 작업의 모든 작업의 \u200b\u200b모든 기능을 고려할 수있는 유일한 방법입니다.

생물학적 매질의 광학 파라미터는 공간 좌표로부터 복잡한 기능이다. 그러나이 배지는 충분히 작은 하위 도메인으로 나눌 수 있으며, 매체의 광학 특성이 대략 상대적으로 간단한 기능, 예를 들어 상수, 선형 및 2 차 기능...에 Monte Carlo 메소드를 모델링하는 것 3 차원 공간 매우 중요한 요소는 이러한 파티션이 수행되는 방법입니다.

복잡한 환경을 설명하기 위해 유한 요소 방법이 제시된 것으로 나타났습니다. 중간 기하학은 메쉬로 표시되며, 초등 셀에 분할하여 추정 된 영역의 근사치, 요소의 형태가 정확도를 결정하고 수치 적 용액의 수렴 속도를 결정하는 주요 요소 중 하나입니다. 문제의 파티션 요소의 형식이 쉽게 계산에 필요한 계산 자원이 적습니다.

그리드는 각 요소가 정확하거나 정확한 테트라드라에 가깝게 고품질로 간주되는 고품질로 간주됩니다. 시뮬레이트 된 매체의 근사치를 사용하는 것은 요소 (요소 외부의 종료) 사이의 전환 작업의 솔루션을 크게 단순화하고 그리드 요소 내에서 광자를 찾는 것입니다. 그리드는 퇴행성 요소에 퇴화되거나 가까운 퇴행 요소가 포함되어 있지 않은 경우가 잘 간주됩니다.

이러한 격벽을 사용하여 계산 된 영역의 초기 기하학적 구조는 임의적 일 수 있고, 시뮬레이션 된 매질은 내부 폐쇄 불균질성을 함유 할 수 있다고 결론 지었다. 모델의 테스트는 두 개의 타원체 표면에 의해 묶인 복잡한 그림의 형태로 여러 층 (호색한 층, 표피 및 진피)으로 구성된 특정 배지 (피부)로 구성되었다. 또한 레이어 모델링 공기 (그림 3). 빔 센터는 OX 축을 0.001cm만큼 좌표의 시작에 비해 이동하며 수직으로 위쪽으로 향하게 지향되며 반경은 0.001cm입니다.

Monte Carlo에 의한 개발 된 모델링 알고리즘의 단순화 된 방식은도 4에 제시되어있다. 광자는 단일 무게로 초기화됩니다. 상호 작용의 첫 번째 회로의 광자 스텝 크기가 발견되고 광자가 이동됩니다. 광자가 천을 떠나면 내부 반사의 가능성이 점검됩니다. 광자가 내부 반사되면 위치가 각각 변경되고 프로그램이 계속되고, 그렇지 않으면 광자가 제거되고 반사 케이스 (또는 투과율)가 기록됩니다. 각 단계에서는 광자의 중량이 감소합니다. 잃어버린 무게는 직물에 의해 흡수 된 광자 에너지를 나타내는 광자 위치에 따라 배열의 국부적으로 관련 요소에 추가됩니다. 나머지 광자 중량은 통계적으로 계산되면 새로운 방향이 선택되고 새로운 단계가 계산됩니다.

무화과. 3. 결제 환경의 기하학.

무화과. 4. Monte Carlo의 모델링 알고리즘.

빔의 각도의 발산이 고려되었다. 문헌으로부터 공지 된 각 층의 광 파라미터에 따르면, 특히 흡수 계수, 산란 파라미터 (산란 각의 중간 코사인), 배지 내부의 흡수 에너지의 밀도 분포가 계산되었다. 동시에 공기 경계에서 굴절률 도약은 표피 (n \u003d 1.5)입니다. 나머지 베이 렌즈의 굴절률은 1.4이기 때문에, 아니 이스 트로피 파라미터는 0.9, 즉, 광자를 모델링하는 각 단계에서 광자는 낮은 각도 아래에 흩어져 있으며 Biotankan의 테두리의 프레 넬 반사 - Bietan은 고려하지 않았습니다.

흡수 된 에너지의 밀도 분포의 계산은 알려진 광학 파라미터에 따라 폐쇄 된 불균질을 포함하여 다층 매체에서 다양한 스펙트럼 범위의 레이저 방사선의 전파의 진단지도를 구성 할 수있게 해줍니다. 예로서, 파장 400 및 800 nm이 선택되었다.

중간의 방사선의 전파를 그래픽으로 나타내려면 Xoz 섹션의 평면이 선택되었습니다. 도 1의 도 5는 400 nm의 파장에 대한 이들 평면에서 흡수 된 에너지의 밀도의 분포를 도시한다.

무화과. 5. 파장 400 nm의 XZ 단면면에서 흡수 된 에너지 밀도의 분포.

적외선 방사선 (파장 800 nm)의 경우 피부 흡수 계수는 산란 계수보다 현저히 적고 매질이 강하게 용해되어 첫 번째 작업과 비교하여 방사선의 침투 깊이가 커야합니다. 따라서, 추정 된 영역에 두께 0.5mm의 층을 첨가 하였다. 도 1의 도 6은 파장 800 nm의 XZ 평면에서 흡수 된 에너지의 밀도 분포를 나타낸다.

두 작업 모두에서 레이저 방사선은 동일한 전력 및 에너지를 갖습니다. 파장 400 nm의 방사선을 위해 대부분의 에너지가 소량으로 흡수됩니다. 따라서 흡수 된 에너지의 밀도는 800 nm 파장의 경우보다 훨씬 큽니다.

그림 6. 파장 800 nm의 XZ 단면 평면에서 흡수 된 에너지의 밀도 분포.

잘 알려진 기존 모델 (Arrigge S., Tuchin V.V., PRAHL S.)의 모델 간의 기본적인 차이는 매체의 기하학에서 알고리즘의 독립적 인 것입니다. 일련의 도구를 사용하여 다양한 모양과 크기의 다양한 구성 요소로 구성된 계산 된 영역을 생성 할 수 있습니다. 이것은이 모델이 평면 병렬 및 견고한 균일 한 계산 된 영역을 사용하여 알려진 것과 크게 구별됩니다. 계산에서, 나노 입자와 같은 중간 및 다양한 개재물의 임의의 매개 변수가 사용될 수있다.

따라서, 제안 된 모델은 다층 재료의 레이저 방사선의 흡수 에너지 밀도의 분포를 허용하며 조사 중에 발생하는 열 분야를 분석하는 문제를 해결할 때 사용될 수있다.

네번째 다층 배지의 예 (가죽)의 챕터 무작위의 비균질성을 포함함으로써, UV 방사선 작용으로 표면 온도 분야의 동역학은 나노 입자 형태로 조사됩니다. 피부 층은이 배지의 상호 작용을 광학 방사선으로 모델링 할 때의 산란 및 흡수 계수, 굴절률 산란 계수, 굴절률 산란 요인을 산란 및 흡수 계수, 굴절률 산란 요인을 갖는 것이 알려져있다.

두 번째 장에서 설명한 개발 모델을 사용하여 TiO2 나노 입자가 들어있는 가죽 영역에 흡수 된 광 에너지의 밀도가 확립되었습니다. 계산을 위해, 실험 결과는 피부의 입자의 현지화에 관해 문헌에서 사용되었다. 이러한 실험의 결과에 따르면, 대부분의 구형 나노 입자는 피부 표면에서 0-3 μm의 깊이로 국부 화됩니다. 고려를 위해, 파장 310 및 400 nm이 선택됩니다. 400nm의 파장은 UV와 스펙트럼의 가시 부분 사이의 경계에 위치하고 있으며, TiO2 입자는 이러한 방사선에 대해 실용적인 비 장비 (소산)입니다. 라인 310 nm은 스펙트럼의 UV-에서의 중심선입니다. 그것은 피부 감수성의 수소 피크에 대한 책임이 있으며, 이는 DNA 손상과 다소 상관 관계가 있습니다. 방사선의 상호 작용을위한 지배적 인 메커니즘은 흡수입니다.

본 연구에서, 샘플은 경적 층 (매트릭스) 및 TiO2 입자의 중첩으로 간주됩니다. 층 셀이 약 0.5 ㎛ 및 직경 30 내지 40 미크론의 두께를 갖기 때문에 이것은 가능하다.

tiO2 입자의 크기를 크게 초과합니다 (직경 25 ~ 200 nm). 이들 입자는 나노 미터 크기의 구체로 가정된다. 이러한 입자의 방사선 산란은 위상 기능으로 설명됩니다. 모델링을 위해 1cm2의 면적으로 가죽 조각을 선택했습니다. 입사 방사선의 힘은 100mW였다. 피부의 시뮬레이트 영역의 두께는 약 600 μm이며, 이는 피부의 근방 표면층으로 자외선의 상호 작용의 상호 작용을 충분히 제시 할 수 있습니다.

모델링시, 태양 광 방사선에 해당하는 광자의 평행 광선이 사용되며, 샘플의 표면은 무한으로 가정됩니다. 일체형 (혼 레이어의 영역)은 등록 된 방사선의 특성입니다.

첫 번째 단계에서는 매체의 광자의 확충 기능, 흡수 및 산란을 모델링합니다. 모델링은 열원 (Q)의 기능을 특징으로하는 광자 패키지의 시작으로 감소하고 개별 광자의 흡수 및 산란 사건을 등록합니다. 결과적으로, 매체의 조명 파라미터에 대한 정보 및 흡수 된 전력이 얻어진다.

표면의 열 필드의 원하는 분포 및 시뮬레이트 된 구조의 깊이는 비 정지 열 전달의 차동 방정식의 용액으로 정의됩니다.

열전도도 계수, T 온도, 열원의 Q- 기능은 밀도, 특정 열 용량, T 타임, R, Z는 원통형 좌표입니다.

이 문제에서, 열원은 열 및 질량 전달의 작업에서 평소와 같이 표면 상에 국한되지 않고, 보조량이며, 배지의 전체 부피 전체에 걸쳐 배포되는 것을 알아야한다. 방정식 (5)을 해결하기 위해, 제 1 순서의 삼각형 최종 요소를 사용하여 유한 요소 기술을 적용 하였다. 그러나 정확도와 계산 속도가 일정히 감소하지만, 많은 수의 노드가 흡수 된 에너지의 가장 정확한 분포를 얻을 수 있도록하는 몇 가지 삼각형의 삼각형 유한 요소가 있습니다. 이전 작업에서 계산 된 매체의 밀도; 아주 빠르고 편리하게, 당신은 필요한 경우, 필요한 경우,이 요소들이 작업의 요구 사항에 따라 두껍게하고 변경 될 수 있습니다.이 요소는 더 높은 순서의 요소로 변환됩니다. 시간 과제를 해결하기 위해 다음 경계와 초기 조건을 가진 암시 적 크랭크 니콜슨 방식이 사용되었습니다. 환경과의 열교환이있는 표면에서 3 번째 속의 경계 조건이 주어집니다.

여기서 k, - 열 전달의 매개 변수; 텍스트 - 주변 온도. 이 조건은 경적 층 표면의 열 흐름 (피상 열 흐름)을 고려합니다.

하한 경계에서 Z1의 깊이에서 양식의 경계 조건이 설정됩니다.

연구에 따르면, 건강한 사람의 경우, 약 450 μm의 깊이에서 시작하여 온도가 안정화됩니다. 또한, 모델링은 소형 모세관에서 혈류로 인한 열 흐름을 고려합니다. 이 지역의 측면 한계에는 제로 드레인이 있습니다.

층간 경계에서 온도 점프를 제거하려면 다음 조건이 사용됩니다.

무화과.도 7은 다양한 농도의 TiO2 나노 입자의 형태로 포함 된 불균형 성을 고려하여 기업 층에서 흡수 된 에너지 밀도의 밀도를 얻었다. 제 1 층 (공포)에서 완전히 흡수 된 310 nm의 파장에서의 자외선이없는 입자가없는 것을 알 수있다.

무화과. 7. 입자가없는 경매 층에서 흡수 된 에너지 밀도를 분포하고 62 nm의 크기가있는 TiO2 나노 입자를 사용하는 것, \u003d 310 nm. 나노 입자를 함유하는 근거리 층의 두께는 1 ㎛이다. 혼층의 두께는 20 미크론입니다.

호색 층에 TiO2 티타늄 이산화 티타늄 나노 입자의 삽입. 매화 된 입자의 산란 계수의 높은 값은 혼층에서 흡수 된 에너지 밀도가 급격히 감소합니다.

호른 층의 흡수 및 산란 계수 및 400 nm의 파장에서 나노 입자의 재료는 310 nm의 파장보다 현저히 적습니다. 이 때문에, 입자와 입자가없는 경매 층에서 흡수 된 에너지의 밀도도 현저히 낮다 (그림 8).

무화과. 8. 입자가없는 피부 섹션의 경매층 및 표피의 흡수 에너지의 밀도를 분포하고 122 nm의 크기가있는 TiO2 나노 입자를 사용하는 것, \u003d 400 nm. 나노 입자를 함유하는 근거리 층의 두께는 1 ㎛이다. 혼층의 두께는 20 미크론입니다.

도 1의 도 9는 입자가없는 피부 표면의 온도 변화의 동력을 나타내고 경적 층에서 이산화 티타늄의 1 % 및 5 %를 사용한다. 이 경우, 경계 조건은 모세 혈관 (내부 열 흐름)의 혈류로 인해 조직 내부의 에너지를 제공하고 500 미크론의 깊이에서 피부 내부에서 37 ° C를지지하기 때문에 조직 내부의 에너지를 제공합니다.

이미 방사선의 방사선의 효과의 10 초에서 이미 경적 층의 이산화 티탄의 나노 입자를 사용하는 것처럼 온도가 안정화되어 있으며 (그림 9)가 없습니다.

무화과. 9. 입자가없고 경적 층에서 62 nm 크기의 TiO2 나노 입자를 사용하여 피부 표면의 온도 역학은 \u003d 310 nm입니다. 나노 입자를 함유하는 근거리 층의 두께는 1 ㎛이다. 피부 안의 에너지 흐름이 있습니다.

시뮬레이션 결과는 피부의 상위 층에서 흡수 된 에너지의 밀도의 높은 값이 그들의 중요한 가열로 이어진다는 것을 보여 주었다. 따라서 경적 층에서 TiO2 티타늄 이산화 티타늄 나노 입자의 5 % 불순물을 사용하는 경우, 피부 표면에서의 흡수 에너지 밀도의 값은 1000 j / cm3 ~ 310 nm에 도달합니다. 그러나이 "핫"층의 두께는 1 μm이고; 대부분의 열 이이 층에서 강조 표시 되더라도, 배지의 다른 섹션으로 빠르게 전달되고 결과적인 온도가 감소합니다. 피부의 표면 온도 인 Nanoparticles가 포함되어 있지 않은 윤곽 층이 조직의 깊이에서 오는 열로 인해 형성되어 있으며, 대부분의 에너지가 침투되는 대부분이 흡수 된 에너지의 양이 더 높습니다. 유사한 효과는 광학 범위 (그림 10)에 가까운 방사선 파장 \u003d 400 nm에서 현저히 덜 관찰됩니다.

무화과. 10. 각막 층에서 122 nm 크기의 입자가없는 입자가 없을 때 피부 표면의 온도 역학이 \u003d 400 nm입니다. 나노 입자를 함유하는 근거리 층의 두께는 1 ㎛이다. 피부 안의 에너지 흐름이 있습니다.

개발 된 모델은 피부의 표면층의 온도 분야에서 표면 열 배수의 효과를 분석 할 수있게했다.

피부 표면에서 유출을 켜는 것이 아니라면 온도는 표면층에 흡수 된 에너지로 인해 대부분 형성된다는 것으로 나타났습니다. 충분히 강력한 표면 유출이 켜지면 조직의 표면의 온도가 기본 층으로부터 오는 열을 발생시킨다. 동시에 최대 온도가 감소됩니다.

얻어진 결과의 오차는 전체 영역에서 흡수 된 에너지 및 온도의 밀도의 최대 값에서 가중치 차이로서 계산되었으며 1 % 미만이었다.

UV 노출에 대한 피부의 열 반응의 모델링의 모델링의 분석은 피부 표면의 광 광성 약물의 발달에서 나노 입자의 사용의 효과를 나타냈다.

계산의 개발 된 모델은 적혈구의 적혈구 - 적혈구에서 IR 레이저 테 다이저 (\u003d 1064 nm)의 온도 효과를 연구 하는데도 사용되었습니다. 연구의 용이성을 위해 세포가 물에 가중되어 있으며 직경이 7 μm 인 균일 한 구이고 헤모글로빈으로 완전히 구성됩니다. 세포막은 매우 작은 두께, 약 10 nm로 인해 모델링에서 고려되지 않았습니다. 직경이 1 μm 인 초점을 맞춘 레이저 번들이 100mW의 힘으로 세포에서 작동합니다. 얻어진 결과는 잘 알려진 실험 데이터와 잘 일치합니다.

다섯 이 장은 특정 문제를 해결하는 특정 문제, 즉 고체 조직에서 열 필드를 계산하고 특히 레이저 방사선의 강도를 결정하여 이러한 환경에서 절제 프로세스의 절제 공정에 필요한 임계 온도를 얻는 레이저 방사선의 강도를 결정하는 데 전념합니다.

다차원 수학적 모델의 구현을 위해, 유한 요소 방법론이 선택되었다.

Dentin의 주요 치아 조직은 연구중인 물질로 선택됩니다. 그것의 조성과 힘에서, 뼈 조직은 뼈 조직에 가깝습니다. 유기 물질 및 물의 무기의 72 %, 82 %를 함유하고 있습니다.

제시된 층의 정확한 물리적 특성이 여전히 식별되지 않기 때문에, 단순화를 위해, 2 층 모델이 고려된다. 각 레이어는 영구적으로 독립적으로 지정된 광학 특성에 의해 정의됩니다. 최소한의 상해를 적용하려면 가장 작은 침투 깊이로 레이저 방사선을 사용할 필요가 있습니다. 실험은 적외선 범위 방사선으로 레이저를 사용할 때이 문제가 해결되었음을 보여줍니다.

우리는 다음과 같은 가정에서 진행할 것입니다.

- 치아의 상이한 부품에 대한 열 물리학적 특성 (에나멜, 상아질, 펄프)은 일정하고 온도에 의존하지 않는다.

- 광학 특성을 설명 할 때, 우리는 치아의 각 부분이 레이저 방사선의 강도와 무관성, 광학 불변 값 (흡수 계수)에 의해 특징 지어집니다.

치과 원단 (미세 공정자, Odontoblasts의 공정 등)의 불균일 한 레이저 방사선의 산란 동안 형성된 광장의 계산 및 파괴 프로세스를 모델링하는 회계는 복잡한 다중 다중 측정이다. 현재까지 이러한 계산은 고체 조직의 광학 상수에 대한 신뢰할 수있는 정보가 없기 때문에 매우 어렵고 열 파괴 과정을 모델링 할 때 고려되지 않습니다.

따라서, 생물학적 진입의 빛이 버그 법에 의해 약화 된 반면, 산란, 흡수, 도파로 효과 등의 일정한 라이트 방출 공정에 대한 기여는 상세히 설명되지 않는다고 가정한다.

2 및 4 장에서 설명한 알고리즘을 사용하여 온도 분포가 얻어졌습니다. 그런 다음 원격 물질의 양이 결정되었습니다. Arrhenius의 법칙에 따르면 :

w는 주파수 요소입니다.

EA - 활성화 에너지;

R은 보편적 인 가스 일정입니다.

값은 0에서 1까지 다양합니다 육체적 인 의미 - 시간 (T-T0) 시점 (x, y, z)에서 물질의 파괴를 측정합니다. 실험은 물질이 원격으로 간주 될 수 있음을 보여줍니다.

도 1의 도 11 은도 1의 매체의 표면상의 온도 분포를 도시한다. 12 - 지역의 중앙 단면에서 온도 분포. 레이저 방사선의 강도는 5 kW · cm-2입니다.

무화과. 11. 시간 t \u003d 70ms에서 매체의 표면의 온도 분포.

얻어진 결과는 잘 알려진 실험 데이터와 잘 상관 관계가 있습니다. 온도가 증가하는 것은 표면 상에 국한되지 않는다는 것을 알 수있다 : 온도가 충분히 강한 온도가 충분히 증가하는 것은 배지 내부에서 관찰된다. 연구에서 레이저 절제 공정은 320 ° C의 온도 임계 값에서 시작되므로 일정한 온도가 표면에 보관됩니다. 도 1의 도 13은 표면상의 지점에서 온도의 진화를 나타낸다.

무화과. 12. 중앙 섹션의 온도 분포
시간 t \u003d 70ms의 영역.

무화과. 13. 표면의 일시적인 온도 진화
고려.

원격 물질의 부피에서 얻어진 결과는도 1에 제시되어있다. 십사.

무화과. 14. 수시로 원격 물질의 양의 의존성.

구금얻은 주된 결과를 일반화했습니다.

연구의 주된 결과는 다양한 구성 요소로 구성된 계산 된 영역을 생성하는 여러 가지 도구를 만들 수있는 여러 가지 도구를 사용하여 레이저 방사선의 다층의 생물학적 물질과의 레이저 방사선의 상호 작용의 새로운 물리학적 모델을 만드는 것입니다. 모양과 크기. 이것은이 모델이 평면 병렬 및 견고한 균일 한 계산 된 영역을 사용하여 알려진 것과 크게 구별됩니다. 계산에서, 나노 입자와 같은 중간 및 다양한 개재물의 임의의 매개 변수가 사용될 수있다.

다음과 같은 많은 기본 이론적 결과가 얻어졌다.

복잡한 형태의 폐쇄 된 내부 비균질성을 포함하는 임의의 비대칭 형상을 갖는 미디어에서의 레이저 방사선의 전파의 물리적 및 수학적 모델이 제안되어있다.

이 모델을 기반으로, 복소수의 폐쇄 형상의 비균질을 포함하여 계산 된 배지의 임의의 비대칭 기하학적으로 레이저 방사선의 다른 레이저 방사선에 대한 흡수 된 에너지의 밀도 분포를 계산하기위한 알고리즘이 개발되었다. , 몬테 카를로의 3 차원 방식과 Finite-element 파티션을 사용합니다.

작업에 사용 된 알고리즘은 임의의 폐쇄 형상의 생물학적 조직의 구조적 변화의 진단 및 레이저 요법 중에 분해 면적의 온도 분야와 경계를 계산할 수 있습니다.

다층 생물학적 조직과 다양한 강도의 레이저 방사선의 상호 작용을위한 주요 메커니즘이 고려되고 분석됩니다. 이를 바탕으로 발생 조건의 이론적 분석 및 열 공정의 흐름을 수행 하였다. 다층 조직의 열 부하의 연구에 대한 개발 모델의 적용 가능성, 사진 및 혈장 - 유도 된 절제의 공정의 특성.

다층 베이에이의 온도 반응을 결정하는 모델은 나노 입자를 UV 방사선으로 조사하기 위해 제안되어있다. 흡수 된 광 에너지 및 온도 분야의 밀도의 변화의 진화는 입사 방사선의 파장, 피부에 포함 된 시험 나노 입자의 농도 및 탈구에 따라 분석됩니다.

열 분야는 레이저 노출로부터 발생하는 고형 생물학적 조직에서 계산되었고, 레이저 방사선의 강도는 이러한 환경에서 절제 공정을 구현하는 데 필요한 임계 온도에서 결정되었다.

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레이저 설치에서 광학 시스템의 임명은 다음과 같습니다.

- 광학 공진기의 생산 및 레이저 방사선을 얻는 것,

- 레이저 방사선 에너지의 처리 부위에 대한 전송,

- 방사선 매개 변수의 조절,

- 높은 전력 밀도 (초점)가있는 광 빔의 형성,

- 가공 지점에서 방사선 프레스,

- 처리 프로세스 및 그 결과 평가를 제어합니다.

광학 시스템에는 다음 주요 요소가 포함됩니다.

- 집중 - 렌즈, 렌즈,

- 반사 요소 - 거울, 스캐너,

- 굴절 - 완전한 반사의 프리즘, 광학 디플렉터 (여러 광선에 대해 하나의 광선을 분할 할 수있는 장치),

- 방사선 조절 - 광학 셔터 등,

- 광 가이드를 전송하는 것.

초점 요소 방사선 전력 밀도를 변경하기 위해 레이저 이미 터 빔의 직경을 변경하는 역할을합니다. 기술적 설치에서는 규칙적으로 빔 직경을 줄이고 방사선 전력의 전력 밀도를 높이는 것이 필요합니다. 초점 방사선.

방사선을 집중시키는 가장 쉽고 가장 널리 사용되는 방법은 단일 렌즈 (그림)를 사용하는 것입니다. 여기서 f는 초점 거리이고 F는 광학 시스템의 초점 평면입니다.

레이저 방사선이 특정 발산 (매우 작지만)이면 완전히 정의 된 크기로 초점을 맞출 수 있습니다. 방사선 광 얼룩의 직경은 초점면 (F)에서 가장 작은 값이며, 공식에 의해 결정된다 :

Θ에 대한 표현을 우리는 얻을 수 있습니다

(2.38)

실제로, 집중의 왜곡이 있습니다 (수차)

구형 수차를 고려합니다

, (2.39)

여기서 p *는 계산 된 파라미터 (렌즈의 치수 및 형태에 의해 결정됨).

레이저 방사선 (W)의 에너지 또는 힘을 알면서, p 및 p는 집중 한 곳에서 에너지 밀도 또는 전력을 계산할 수있다 :

; . (2.40)

이전에 (레이저 방사선의 특성 참조), 이러한 양은 레이저 방사선의 직경에 따라 추정되었다. 초점을 맞추면 이러한 매개 변수는 여러 명령으로 증가합니다. 실제로, 그들은 보통 방사선 얼룩의 직경을 줄이기 위해 노력합니다.

식 (2.39)에서 초점을 맞춘 방사선 얼룩의 직경을 줄이기 위해 초점 거리를 줄이는 것이 필요하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 특정 한계에서만 수행 할 수 있습니다. 왜냐하면 렌즈와 초점 표면 사이의 장거리로 렌즈 손상의 위험이 있습니다 (예 : 처리중인 재료의 쌍 및 액체 입자).

따라서, 다른 방법은 몇 마이크론의 직경으로 얼룩을 얻는 데 사용됩니다 - 증가하다 텔레스코픽 시스템이있는 빔 직경 - (2.39) 참조).

이 경우의 광 점의 직경은 다음 식에 따라 고려하여 (2.39) 결정됩니다.

,

여기서 r\u003e 1은 텔레스코픽 시스템의 증가입니다.

렌즈의 최적 초점 거리 (초점을 맞춘 지름의 가장 작은 직경이 달성되는 경우)는 공식에 의해 결정될 수 있습니다.

(2.41)

레이저 방사선이 통과 할 때, 광학 시스템의 렌즈는 방사선의 부분 흡수로 인해 가열됩니다. 이는 열 변형 및 광학 시스템 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서, 방사선 전력 밀도는 광학 시스템의 부품의 장기간 정상 작동을 허용하는 특정 값을 초과해서는 안된다.

허용되는 전력 밀도는 뜨개질 바늘과 방사선의 파장이 제조되는 재료에 의존한다.

- 파장 0.4 - 2 μm (가시 및 근적외선 스펙트럼)의 파장을 갖는 방사선을 초점화하기 위해 다양한 종류의 광학 유리로 만든 렌즈가 사용됩니다. 허용되는 전력 밀도는 ~ 10 3W / cm2입니다.

- 10.6 μm의 파장을 가진 방사선

(CO 2 - 레이저) 일반 광학 재료는 불투명합니다. 렌즈 제조 재료 봉사 :

- 할로겐 사육 산 - NaCl, KBR, KCL 등의 단결정의 단결정

허용 전력 밀도 ~ 10 3 w / cm 2. 높은 흡습성과 낮은 서비스 수명을 가지고 있습니다.

- 반도체 결정 - 게르마늄, 갈륨 아스천 등, 허용 전력 밀도는 100W / cm2입니다.

방사선이 허용되는 방사선을 초과하여 렌즈의 공기 또는 액체 냉각 또는 금속 코팅이있는 거울로부터의 미러로부터의 집속 시스템 (더 나은 냉각의 목적으로). 베이스는 유리, 구리, 실리콘입니다. 코팅 - 금,은, 구리, 니켈, 몰리브덴, 알루미늄 등

요소를 반영하고 굴절시키는 것광학 시스템은 레이저 방사선 방향을 변경하는 역할을합니다. 광학 공진기 및 레이저 방사선 운송 시스템에서 사용됩니다.

레이저 방사선 0.4 ~ 2 μm의 파장이 목적을 위해, 다층 유전체 코팅을 갖는 완전한 내부 반사 및 거울의 프리즘 이이 목적으로 사용된다 (반사 계수 및 환원 거리를 증가시키기 위해).

방사선 10.6 μm의 파장으로. 반사 계수가 높은 금속 코팅 (금 및 알루미늄의 금속 코팅)과 함께 평평하고 볼록한 거울을 적용하십시오 (~ 1). 코팅의 밀도를 변경하면 반사 계수를 변경할 수 있습니다. 즉. 반투명 거울을 생산합니다.

실제로, 임의의 윤곽선을 따라 레이저 빔의 움직임에 대해 종종 발생하는 작업이 종종 발생합니다. 이를 위해 이동 가능한 평면 거울의 시스템이 사용됩니다 (그림 참조).

1 - 레이저 에미 터

2.3 - 이동식 거울

4 - 렌즈

5 - 재료

축 (X)에서, 미러 (2, 3) 및 렌즈 (4)는 함께 이동하고, 축에서, 미러 (3) 및 렌즈 (4)만이 이동할 수있다.

축 x 및 y를 따라 동시에 이동하면 빔의 궤적을받을 수 있습니다.

거울을 사용하여, 레이저 빔의 주사 시스템이 제조되고, 즉, 주기적으로 동일한 궤적으로 이동하십시오.

규제 요소 광학 시스템은 에너지, 레이저 방사 전력, 공간 및 시간 특성을 변경하도록 설계되었습니다. 이들은 포함됩니다

- 광학 양자 증폭기 - 장치는 레이저 펄스 방사선의 에너지를 증가시킵니다. 사실, 이들은 그들이 자발적으로 생성되지 않고 다른 레이저의 방사선 작용하에있는 레이저입니다. 그 결과, 광 증폭기 방사선 에너지의 에너지가 개시 방사선 펄스의 에너지에 첨가된다.

- 방사선 전력을 0에서 공칭 값으로 조정하기위한 장치 - 다양한 홀 직경이있는 다이어그램, 다른 흡수 계수, 광학 밸브, 변조기, 댐퍼가있는 교체 가능한 조명 필터.

다음 유형의 셔터가 변조기 셔터로 사용됩니다.

- 전기 광학 (Poncels 효과)은 5kV로 높은 정전압의 작용하에있는 일부 물질에 의한 편광 평면의 현상을 기반으로합니다.

- 기계 셔터 - 최대 30000 rpm까지 회전하는 미러.

- 포화 식 셔터의 셔터는 현상을 기반으로합니다. 방사선 강도의 일부 가치가 있으면 일부 유기 염료가 투명하게됩니다.

- 초음파에 노출 될 때 아쿠 스토 광 밸브, 석영 유리 및 게르마늄 (IR 범위의 경우)은 레이저 방사선을위한 큰 손실 (산란)이 동반되고 세대가 종료됩니다.

셔터는 공진기에 설치됩니다. 또한, 기계식 밸브는 공진기로부터 레이저 방사선의 출력에 적용됩니다.

전송 요소 광학 시스템은 최대 수십 킬로미터까지의 거리에서 레이저 방사선을 전송하도록 설계되었습니다. -이 기능을 적용하십시오 svetovoda..

현재 많은 수의 가벼운 가이드가 알려져 있습니다. 다음 건축의 가벼운 경비원의 가장 널리 사용되는 사용

섬유 광 가이드는 굴절률 N1을 갖는 코어 1, 굴절률 N 2\u003e N1 및 보호 외장을 갖는 쉘 2로 구성된다. 3. 제조에 사용되는 재료 : 예를 들어 티타늄 첨가제가있는 석영으로 굴절률, 순수한 석영 껍질. 일반적으로, 광 가이드의 이러한 요소를 제조하기 위해, 현재의 상이한 다양한 종류의 안경 및 중합체가 사용된다; 보호 쉘의 경우, 다양한 니스, 중합체, 금속이 사용되며 외부 환경 (습기)의 효과로부터 섬유 보호가 기계적 강도가 증가하고 광학 특성을 향상시킵니다. 섬유의 직경은 수십에서 수백 mkm까지 다양합니다. 코어는 수백 마이크론의 한계에 직경이 있습니다. 최대 1000 미크론. (1mm.).

섬유에서는 내부 완전 반사 현상이 사용됩니다 (그림). 제 2 환경의 인터페이스에서, 굴절과 빛의 반사 현상이 발생한다. 큰 굴절률 N 1에서 수요일로 L 큰 굴절률 N 1에서 수요일로 가벼운 플럭스를 움직일 때

. (2.42)

따라서, 섬유의 코어의 광속의 입구에있는 경우, 키르기스 공화국의 각도 ≥ θ ≥ θ의 각도로 쉘의 경계를 떨어 뜨린 다음,이 흐름은 코어 내에 만 분산된다.

섬유의 중요한 특성은 섬유를 통해 분포 할 때 드로잉 흐름의 효율의 감쇠입니다. 현재 가이드가 ~ 1 dB / km 인 감쇠로 생성되었습니다.

우리가 항상 맛있는 질문은 다음과 같습니다. 레이저 방사선과의 상호 작용으로 인한 환경 Comsol Multiphysics 난방 물질에서 수정할 수 있습니까? 물론 대답은 다른 모델링의 다른 메소드가 다른 작업에 적합하기 때문에 결정할 작업의 종류에 따라 다릅니다. 오늘날 우리는 레이저 방사선에 의해 점등 된 물질의 가열을 모델링하기위한 다양한 접근법을 논의 할 것입니다.

레이저 방사선의 상호 작용 모델링에 대한 소개

많은 다른 유형의 레이저 방사선 소스가 있음에도 불구하고 출구에서 발급 된 관점에서 그들을 고려하면 서로 비슷합니다. 레이저 방사선은 하나의 파장 및 일관성 근처에서 농축됩니다. 원칙적으로 출구 방사선은 좁은 슬라이스 빔에도 초점을 맞추고 있습니다. 이 콜로온 된, 일관된 단색 광원은 광범위한 응용 분야에서 매우 정확한 열원으로 사용될 수 있습니다.

레이저 방사선이 고체에 들어가면 에너지의 일부가 흡수되어 로컬 가열로 이어집니다. 물론 액체 및 가스 (및 플라즈마)는 또한 레이저로 치유 될 수 있지만 액체의 가열은 거의 항상 강력한 대류 효과를 동반합니다. 이 기사에서는 대류를 무시하고 고형물의 가열에 초점을 맞추고 있습니다.

고체 시체는 레이저 파장에서의 방사선을 부분적으로 또는 완전히 불투명 할 수 있습니다. 투명도 정도에 따라 레이저 열원을 모델링하는 데 다양한 접근법이 적용됩니다. 또한, 모든 비늘이 방사선 파장과 비교되어야 함을 기억해야합니다. 초점을 맞춘 방사선과 비교적 넓은 빔에 대해서는 다양한 접근법이 필요합니다. 입사 빔과 상호 작용하는 재료에 파장과 유사한 기하학적 피쳐가 있으면 빔이 이러한 사소한 구조와 어떻게 상호 작용 하는지를 정확하게 고려해야합니다.

물질로 레이저 방사선의 상호 작용을 모델링하기 전에 먼저 레이저 보이스의 길이와 적외선 범위에서 재료의 광학 특성을 결정해야합니다. 또한 가열 및 레이저 파장 및 빔 매개 변수가 가열되고 레이저 파장 및 빔 매개 변수를 나타내는 객체의 상대적인 크기를 알아야합니다. 이 정보는 작업을 시뮬레이트하기 위해 적절한 접근 방식을 선택할 때 유용합니다.

열의 표면 소스

불투명 한 파장의 재료의 파장의 경우, 그것에 가까운 경우, 레이저 방사선을 열의 표면원으로 고려할 수 있습니다. 이 기능과 가장 간단합니다 증착 된 빔 전력 (펀치 전력 할당) (아래와 같은), Comsol Multiphysics 패키지 (열 전달 모듈)의 열 전달 모듈 버전 5.1에서 사용할 수 있습니다. 또한 Comsol Multiphysics 패키지의 코어 만 사용하여 수동으로 수동으로 열 소스를 수동으로 설정할 수도 있습니다.

표면 열원은 빔 에너지가 가열 된 물체의 크기와 비교하여 무시할 수있는 두꺼운 두께의 층에 흡수된다는 것을 시사한다. 유한 요소 메쉬의 파티셔닝 단계는 온도 필드 변경 및 레이저 스폿의 치수를 고려하기에 충분해야합니다. 레이저 방사선 자체는 명시 적으로 모델링되지 않으며, 재료로부터 반사 된 레이저 방사의 일부가 다시 반환되지 않는다고 가정한다. 열의 표면 소스를 사용할 때, 레이저 파장의 재료의 흡수 계수를 수동으로 설정하고, 따라서 빔의 생성 된 전력을 과도하게 설정해야합니다.

2 개의 교차 된 레이저 빔을 시뮬레이트하는 데 사용되는 열 전달 모듈의 증착 된 빔 전력 특징. 생성 된 표면 소스가 도시되어있다.

보온의 체적 공급원

부분적으로 투명한 재료의 경우, 레이저 에너지의 벌크는 표면이 아닌 영역 내에서 방출되며, 모든 접근법은 물체 및 파장의 상대적 기하학적 크기와 적절하게 연결되어야합니다.

기하학적 광학

가열 된 물체의 크기가 파장보다 훨씬 큽니다. 그러나 레이저 방사선은 광학 요소가 분산되어 있고 거울에 반영 될 때 레이저 방사선이 수렴하고 발산 한 다음 기능이 가장 적합합니다. 이러한 접근법에서, 광은 흡수, 균질 및 불균일 한 배지를 통해 전파되는 빔으로 간주된다.
방사선은 흡수 물질 (즉, 광학 유리) 및 섹션의 표면의 교차점을 통해 전파되면, 에너지의 일부는 재료의 가열에 소비 될 것이다. 영역의 양의 흡수는 복잡한 굴절률을 사용하여 모델링됩니다. 섹션의 표면에서 반사 또는 흡수 계수를 사용할 수 있습니다. 이러한 모든 속성은 온도에 따라 다릅니다. 이 접근법에 관심이있는 사람들은 갤러리 응용 프로그램에서 좋은 출발점을 제공합니다.


레이저 번들은 두 렌즈의 시스템에 중점을 둡니다. 가열 렌즈 큰 강도의 레이저 방사선의 전파로 인해 초점 포인트를 이동합니다.

Bueger 법 - Lambert - 베라

가열 된 물체의 크기와 레이저 스폿의 크기가 파장보다 훨씬 큽니다.이어서, Buger - Lambert는 재료의 방사선 흡수를 모델링하기에 적합합니다. 이 접근법은 레이저 방사선 빔이 완전히 평행하고 단방향이라는 것을 시사합니다.

Bugega-lambert law - Bera를 사용할 때, 재료 흡수 계수와 표면에서 반사 계수를 알려야합니다. 이 두 계수 모두 온도 기능 일 수 있습니다. 그러한 모델의 매개 변수의 적절한 설정은 우리의 블로그 문서에서 이전에 설명되어 있습니다. "Bugbert - Bera의 법률에 따라 레이저 방사선의 상호 작용을 모델링합니다."

입사 레이저 방사선의 강도가 알려져 있고 물질 내부의 빛의 반사 및 / 또는 물체의 경계가없는 경우 Buger - Lambert - Bera의 법률에 따라 접근법을 사용할 수 있습니다.


Bugger - Lambert - Bera의 행위의 도움으로 모델링 된 반투명 솔리드 바디의 레이저 가열.

봉투 빔의 방법

가열 된 영역이 크지 만 레이저 빔은 그 안에 급격히 초점을 맞추거나 기하학적 광학계에 초점을 맞추거나 Buger - Lambert-Bera 법을 기반으로하는 접근법이 초점 근처의 필드와 에너지 손실을주의 깊게 계산할 수 없습니다. 이러한 방법은 Maxwell 방정식을 직접 해결하지 못하고 일련의 광선으로 해석됩니다. 이 경우에 이용 가능합니다.이 경우 가장 적합한 선택입니다.

빔 엔벨로프 방법은 파장 패키지의 진폭이 천천히 변화하는 좌표 기능을 할 때의 맥스웰 방정식 시스템을 해결합니다. 이 접근법은 시뮬레이션 된 매체에서 파도 벡터의 값과 방사선 전파의 대략적인 방향으로 공지 된 경우 공지 된 경우 작동합니다. 이 경우는 모델링뿐만 아니라 링 공진기와 같은 도파관 구조와 같습니다. 빔의 방향이 알려져 있기 때문에 유한 요소의 메쉬는 전파 방향으로 충분히 거칠어 질 수 있으므로 계산 비용을 절감 할 수 있습니다.


원통형 대칭이있는 물질 영역에서 전파되는 집중적 레이저 빔. 입구 표면의 강도 및 영역 내부의 광학 축을 따라 분할 그리드에 따라 그래픽으로 표시됩니다.

빔의 봉투 방법은 인터페이스와 결합 될 수 있습니다. 멀티 시학 연결을 통해 전자기 열원 (전자기 열원)...에 이 연결은 인터페이스를 추가 할 때 자동으로 설치됩니다 메뉴에서 물리 추가 (물리 추가).


상호 작용 레이저 가열 (레이저 가열) 인터페이스를 추가합니다 빔 봉투 (봉투 빔) 고형분의 \u200b\u200b열 전달 (고형분의 열 전달) 그 사이에 다중 물리적 연결을 설정합니다.

전파 접근법

마지막으로, 가열 된 구조물이 파장과 비교 될 경우, 시뮬레이션 된 공간에서 레이저 방사선의 전파 방향에 관한 가정없이 맥스웰 방정식 시스템을 해결할 필요가있다. 이 경우 인터페이스가 필요합니다 전자기파, 주파수 도메인 (전자파, 주파수 도메인)또한 웨이브 광학 모듈 모듈과 in. 또한, 무선 주파수 모듈에는 인터페이스가 포함되어 있습니다. 전자 레인지 가열 (전자 레인지 가열) (유사한 인터페이스 레이저 가열 (레이저 가열) 위에 설명 된) 및 인터페이스를 연결합니다 인터페이스로 고형분의 \u200b\u200b열 전달 (고형분의 열 전달)...에 이름, 무선 주파수 모듈 및 인터페이스에도 불구하고 전자 레인지 가열 (전자 레인지 가열) 모델링에 적합합니다.

전파 접근법은 레이저 방사선의 파장을 해결하기 위해 필요한 유한 요소 메쉬의 분할을 요구합니다. 빔이 어떤 방향 으로든 분할 될 수 있기 때문에 그리드는 세포의 크기에 비해 매우 균질해야합니다. 인터페이스를 사용하여 좋은 예입니다 전자기파, 주파수 도메인 (전자파, 주파수 도메인) 다음과 같습니다.


골드 나노피스 레이저 방사선을 가열합니다. 구형의 방사선 손실과 주변 전기장의 크기는 분할 그리드에 따라 표시됩니다.

열전달, 대류 및 재료 내부 및 주변의 재 통전 모델링

5 가지 이전의 접근 방식 중 하나를 사용하여 고체 상태의 레이저 소스에서 에너지 방출을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 추가로 온도 및 열 스트림을 모델링하려면 추가로 인터페이스가 필요합니다. 고형분의 \u200b\u200b열 전달 (고형분의 열 전달)...에 소프트웨어 패키지의 핵심에서 사용 가능하며,이 인터페이스는 고형분의 열 전달 및 해당 경계 조건의 작업을 모델링하기위한 것입니다 : 고정 온도, 열 절연 경계 또는 열 흐름의 존재. 이 인터페이스는 또한 알려진 온도가있는 환경에 대한 방사선 냉각 (방사선으로 인해)으로 대류 열 전달을 주변 대기 또는 액체로 모델링하기위한 다양한 경계 조건을 포함합니다.

고려중인 재료가 레이저 방사선에 대해 투명하다면, 열 방사선 (적외선)에도 부분적으로 투명 할 가능성이 큽니다. 이 적외선 방사는 일관성이 없거나 슬림하지 않으므로 반투명 미디어의 재구성을 설명하기 위해 위의 접근법을 사용할 수 없습니다. 대신 분산 환경에서 방사선에 대한 접근 방식을 사용할 수 있습니다. 이 방법은 방사선 과정으로 인해 재료 내부에 중요한 열 흐름이있는 재료의 열교환을 시뮬레이트하도록 설계되었습니다. 우리의 갤러리 응용 프로그램에서 이러한 접근 방식의 예가 될 수 있습니다.

결론

이 기사에서는 Comsol Multiphysics 환경에 존재하는 다양한 방법을 고려하여 고체 상태 물질의 레이저 가열을 시뮬레이션합니다. 열교환을 모델링 할 수있는 가능성에 대한 간략한 개요와 함께 표면 및 체적 접근법이 제시되었습니다. 지금까지 우리는 위상 상태의 변화를 겪지 않는 고체 자료의 가열만으로 여겨지고 있습니다. 난방 액체 및 가스 및 위상 전환 모델링 -이 블로그의 후속 물품에서 고려 될 것입니다. 계속 튜닝!