基于计算流体力学的准分子激光器流场研究

摘要

在大规模集成电路工艺的光刻技术领域,为了获得更稳定的、更小尺寸的微加工,对激光输出的稳定性有很高的要求。激光器需要在高重复频率下流场参数保持稳定,这对激光器气体循环系统的研究和设计提出了新的要求。本文用计算流体力学的理论知识和软件对准分子气体激光器的内流场进行了研究。
　　首先,介绍了准分子激光器产生激光的原理及激光腔内部的结构,分析影响准分子激光器流场分布的主要因素,结合流体力学和风机的知识,对风机的选型做详细的说明,确定了激光器气体循环的关键装置与设计原理。
　　其次,建立激光器气体流动腔的数学模型,主要考虑横流风机的结构设计。主要在Gambit软件中建模并进行网格划分,在了解数值模拟的基本概念和对应的研究方法的基础上,结合Fluent软件的功能,找出精确高效的数值计算方法。
　　接着,根据激光器工作时的条件,选择合适的边界条件,利用Fluent软件求解腔内流场分布,获得大量速度场、压力场的数据资料,在后处理中使用Tecplot软件提取出放电区域的流场信息,得到电极之间气流速度横向分布图。通过设定了多种不同风机结构并对比,深入讨论风机结构参数的变化对速度分布的影响。
　　最后,采用光学检测方法中的纹影法,对准分子激光腔内的速度进行测量,将测试结果与对应的计算模型结果进行对比,验证了模拟计算过程的正确性。对研究工作做出总结,提出可以改进的地方和未来的展望。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 准分子激光器的发展状况

1.3 本文研究内容及工作意义

2 准分子激光器的结构及其设计

2.1 准分子气体激光器基本概述

2.2 准分子激光器的基本结构

2.3 准分子激光器流场分析

3 计算流体动力学与Fluent数值模拟

3.1 流体动力学简介

3.2 计算流体动力学的数值模拟

4 模拟结果及分析

4.1 带横流风机的激光腔风速场的CFD模拟

4.2 Fluent与Tecplot对计算结果的后处理

4.3 优化模型参数后结果对比

4.4 横流风机性能曲线图

5 激光腔流场光学测试

5.1 激光腔流场光学测试方法

5.2 纹影法测试结果处理

5.3 试验与模拟结果对比

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献