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《吉林大学》 2009年
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超短脉冲激光烧蚀金属靶

陈安民  
【摘要】: 超短脉冲激光对材料的微加工和烧蚀机理是人们研究的热点,它得到很多的关注,包括在基本理论和实际的技术应用方面。脉冲激光烧蚀(pulsed laser ablation)是通过把峰值功率较高的脉冲激光束聚焦到材料表面,使材料表面形成一个很小的局部高温区,在极短时间内使材料表面物质迅速熔化蒸发并形成等离子体。激光对固体烧蚀的物理过程十分复杂,包含了固体中的电子与激光辐射之间的能量耦合、电子将激光能量向晶格的转移而引起的固体对激光能量的吸收、表层材料的烧蚀和等离子体的形成等。由于飞秒激光和材料作用的时间很短,宏观连续的热传导模型已不能描述飞秒激光和材料的作用过程。利用玻耳兹曼输运方程简化得到的一维双温模型可对电子和晶格耦合系统进行研究。 在本文中,以铜靶材为例研究了超短激光脉冲辐照下金属表面的热行为。首先计算了双温方程中不同形式的电子热传导率对烧蚀的影响;接着对双温模型进行了分析简化,得到了超快激光加热金属材料的解析解;随后我们又研究了超短激光脉冲串技术,对相同能量的不同子脉冲数的激光脉冲照射下的金属材料进行了电子温度和晶格温度的计算;最后我们用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,给出了电子密度和热电子发射数的变化规律。
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