基于双曲双温两步热传导模型,利用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对超短脉冲激光辐照金膜时的温度场进行了一维数值模拟计算。讨论了不同能量密度和脉冲宽度条件下金膜表面温度场的分布情况; 分析了电子-晶格耦合系数对薄膜体内温度场的变化规律及电子-晶格耦合至热平衡所需时间的影响。结果表明, 激光脉冲的能量密度和脉冲宽度对电子温度的峰值有重大影响; 电子-晶格的耦合系数决定了二者的温升速率和耦合时间; 电子温度及电子温度的梯度在接近表面区域迅速达到最大值,与之相应的热电子崩力是造成金属薄膜早期力学损伤的主要原因。
激光技术 超短脉冲激光 金属薄膜 热效应分析 双曲双温模型
江西师范大学 物理与通信电子学院，南昌 330022
为了描述不同脉冲激光烧蚀金属表面作用过程，从双温模型出发，用有限元差分法对飞秒、皮秒和纳秒脉冲烧蚀金属表面的温度场进行了数值求解，将结果与不同的激光脉冲宽度内约化双温方程得到的解析解和简化方程进行了比较，并讨论了这些简化方程的适用范围和简化的合理性，还讨论了电子热流表达式与辐照激光光强的关系。计算结果表明，在不同脉冲宽度内的约化方程所得结果与双温模型数值求解符合得很好，证明了在飞秒领域，晶格温度可认为是常数，双温模型被简化为自由电子的温度变化方程；在皮秒激光领域，要用完整的双温方程描述；纳秒脉冲期间认为电子晶格温度相等，双温模型被简化为热传导方程。
超快光学 热效应分析 有限差分 双温方程 ultrafast optics thermal analysis finite-difference method double-temperature equation
