1 南华大学 电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 南华大学 机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
采用结合双温模型的分子动力学方法, 研究了典型脉宽飞秒脉冲激光与镍钛二元形状记忆合金相互作用时能量密度对靶材烧蚀深度的影响。模拟了脉宽为100 fs, 能量密度为0~125 mJ/cm2的单脉冲激光辐照90 nm厚镍钛合金薄膜的过程。模拟结果表明, 飞秒单脉冲激光烧蚀镍钛二元形状记忆合金会产生两种不同的烧蚀相。能量密度较低时, 烧蚀结果呈现弱烧蚀相, 烧蚀深度较低, 并且与光学穿透深度相关; 能量密度较高时, 烧蚀结果呈现强烧蚀相, 烧蚀深度大幅度增大。采用“拼花法”对高斯飞秒脉冲激光辐照镍钛靶材的形貌进行预测, 发现使用能量密度为阈值附近的飞秒激光辐照靶材时, 能够获得底部较为平坦的烧蚀弹坑。
飞秒脉冲激光 烧蚀深度 双温模型 分子动力学 镍钛二元形状记忆合金 烧蚀弹坑 femtosecond laser ablation depth two-temperature model molecular dynamics NiTi binary shape memory alloy ablation craters
四川大学电子信息学院激光微纳工程研究所，四川 成都 610064
采用波长为1 064 nm的重复脉冲激光对单晶硅进行打孔实验，观测了小孔烧蚀深度以及表面孔径大小随脉冲个数的变化规律，并对激光辐照单晶硅的热力学过程进行了理论分析。研究结果表明：入射激光在穿过等离子体到达单晶硅的表面时，光斑尺寸会有所增大，小孔孔径会大于聚焦光束尺寸。小孔内的等离子体本身具有很高的温度，高温等离子体在膨胀过程中会通过热辐射和热传导等过程向小孔周围传递热量，这也会对小孔孔径起到一定的拓展作用。当脉冲个数低于6个时，孔深随入射脉冲个数的增加近似线性增长，而后开始缓慢增长直至保持不变，这主要是由激光等离子体屏蔽效应决定的。
激光器 脉冲个数 烧蚀深度 孔径大小 等离子体 laser pulse number ablation depth hole diameter plasma 红外与激光工程
2016, 45(2): 0206007
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
针对激光驱动惯性约束聚变(LICF)装置中靶室常用的几种铝合金和不锈钢材料，采用波长为1064 nm、脉宽为8 ns 的基频激光进行烧蚀实验，研究了不同激光能量密度下其质量损失同辐照激光脉冲数的关系，测试了烧蚀深度随激光能量密度增长的关系。研究表明，铝合金在激光能量密度大于1.0 J/cm2时有明显烧蚀，激光通量为1.2~5.2 J/cm2时，质量烧蚀速率增长缓慢，平均质量烧蚀速率为2.31±0.89 μg/cm2/shot。铝合金的烧蚀深度随激光能量密度增加而增加，不锈钢的烧蚀深度先增加而后呈下降趋势；铝合金的烧蚀深度明显高于不锈钢的烧蚀深度。基于材料对激光的吸收率明显的不同，分析了其烧蚀机理。该研究对LICF 靶室材料的选取及金属的激光打孔、切割等加工有一定的参考意义。
激光技术 激光烧蚀 铝合金 不锈钢 烧蚀速率 烧蚀深度
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
利用激光体烧蚀模型, 数值模拟了激光驱动飞片的加速过程, 包括激光的吸收和飞片的速度历史等。在光强为GW/cm2量级的激光作用下, 激光烧蚀产生的等离子体的流体力学运动可用改编的1维Lagrange流体力学计算程序SSS来描述。通过计算得到不同激光能量下的飞片密度剖面, 由此给出金属薄膜的烧蚀深度与实验测量值进行比对, 二者符合得较好。
激光驱动 飞片 烧蚀深度 等离子体 laser-driven flyer ablated thickness plasma 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2527
1 北京理工大学 三院 机械制造及其自动化系, 北京 100081
2 北京理工大学 国际教育合作学院, 北京 100081
3 Laser-Based Manufacturing Laboratory Department of Mechanical and Aerospace Engineering，Missouri University of Science & Technology (formerly University of Missouri-Rolla) Rolla, MO 65409, USA
飞秒激光烧蚀过程中的微能量传导过程包括两个阶段：1）脉冲激光入射到物质上时电子对激光能量的吸收过程；2）激光脉冲照射后电子所吸收的能量在物质中重新分布导致的材料去除过程，即相变过程。本文讨论了飞秒激光，特别是功率密度在1013 ~ 1014 W/cm2的脉冲与宽禁带物质相互作用中相变过程的理论研究进展，分析了飞秒激光烧蚀过程中的材料去除机理，尤其是热气化和库仑爆炸两种机理。根据对飞秒激光烧蚀中微能量传导过程的讨论，总结了烧蚀阈值功率密度和烧蚀深度计算方面仍有待解决的问题。
热气化 库仑爆炸 阈值功率密度 烧蚀深度
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
研究了800 nm飞秒激光照射下45°高反膜ZrO2\|SiO2的破坏及其超快动力学过程。利用原子力显微镜和扫描电镜观察了材料的烧蚀形貌，测量了破坏阈值与脉冲宽度、烧蚀深度与脉冲能量的依赖关系。随着脉冲宽度从50 fs增加到900 fs，其烧蚀阈值从0.35 J/cm2增加到1.78 J/cm2。烧蚀深度与激光能流密度近似成对数关系。当激光强度略高于烧蚀阈值时，材料很快被烧蚀到几百纳米，烧蚀深度表现出明显的层状特性。同时，利用建立的抽运探针实验系统，测量了高强度抽运脉冲作用下材料对探针光的反射率随延迟时间的变化，揭示了薄膜烧蚀的超快动力学过程。实验结果表明高反膜表层的材料对烧蚀特性有重要影响。
薄膜光学 45°高反膜 超快动力学 飞秒激光 烧蚀阈值 烧蚀深度
1 中国科学院,上海光学精密机械研究所,强光光学重点实验室,上海,201800
2 华中科技大学,激光技术?抑氐闶笛槭?武汉,430074
基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型.讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系,同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系.讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位,理论结果表明,光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大.
光学材料 激光破坏 破坏阈值 烧蚀深度
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室,天津 300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室(天津大学),天津 300072
使用约化后的双温方程(DTE)对超短激光脉冲烧蚀铜薄层的过程进行了数值模拟；基于超短激光脉冲烧蚀过程中电子与晶格的温度不平衡性,分别模拟了这两个系统的温升过程,并由此得到了单脉冲烧蚀深度；通过变化激光能流,研究了脉冲能量对烧蚀深度的影响。模拟结果表明,随着激光能流的增加,相变爆炸引起的喷射出现得越深,同时材料烧蚀深度越大；理论计算与实验结果相吻合。
激光技术 超快激光技术 有限差分 双温方程 烧蚀深度
1 中国计量学院工程热物理研究室,中国浙江,杭州,310034
2 浙江大学医学院,中国浙江,杭州,310031
本文采用强激光对生物组织热作用的一维Stefan数学模型[2]和反问题辨识方法[3,5],并充分考虑实际多维问题的复杂性,提出了确定强激光作用下烧蚀深度的计算关系式.由该公式得出的理论计算结果与实验数据符合得较好.
强激光 生物组织 烧蚀深度 多维问题 计算关系式 high-irradiance laser biotissue ablation depth multidimensional problem relation
