短脉冲激光加工双温方程的优化运算 - 发光学报.pdfVIP

第33卷摇 第10期 发摇 光摇 学摇 报 Vol郾33 No郾10 2012年10月 CHINESEJOURNAL OF LUMINESCENCE Oct. ,2012 文章编号:1000鄄7032(2012)10鄄1143鄄06 短脉冲激光加工双温方程的优化运算 1,2 1* 1 1 金方圆 ,鄂书林 ,王海峰 , 陈摇 波 (1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春摇 130033; 2. 中国科学院大学,北京摇 100039 ) 摘要:为研究双温方程中电子热传导项和电子与晶格耦合项对激光辐照物体表面温度场求解的影响,对这 两项施加了约束条件。 由于飞秒和亚皮秒激光与物质相互作用时间短,电子与晶格来不及耦合,所以对耦合 项施加时间约束;根据相分离条件(CPPS),对热传导项施加空间约束。 利用有限元方法建立了激光烧蚀金属 铜膜表面的有限元模型。 通过分析双温方程中热传导项和耦合项对计算结果的影响,发现短脉冲激光与铜 金属相互作用过程中电子与晶格耦合项可以忽略,而传导项不可忽略。 求解适当激光功率下的双温方程,得 到了激光作用中心电子与晶格在不同脉冲宽度激光辐照下的温度变化关系。 根据100 fs激光作用后晶格温 度场的空间分布情况,研究了激光作用的相分离区域、相爆炸区域以及熔融区域的分布情况。 关摇 键摇 词:短脉冲激光;双温方程;有限元;相分离(CPPS) 中图分类号:TN241摇 摇 摇 文献标识码:A摇 摇 摇 DOI:10.3788/ fgx1143 Calculation of An Optimized Two Temperature Model for Ultra鄄short Laser Ablation 1,2 1* 1 1 JIN Fang鄄yuan ,E Shu鄄lin ,WANG Hai鄄feng ,CHEN Bo (1. Changchun Institute of Optics,FineMechanics and Physics,ChineseAcademy of Sciences,Changchun 130033,China; 2. University of ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100039,China) *Corresponding Author,E鄄mail:eshulin@ Abstract:Since the pulse duration of femtosecond and sub鄄picosecond laser are quite short,the electrons and lattice in material can蒺t couple in time when the sample is irradiated by ultra鄄short pulse laser. According to critical鄄point phase separation (CPPS) theory and actual laser ablation process,thethermalconductivity inthemodelcanberestrictedregionally. Basedonaforementioned analysis