强飞秒激光烧蚀金属铝的热效应分析

【摘要】：利用双温方程对40J/cm2强飞秒激光烧蚀铝靶过程进行了数值模拟,首次获得了自由电子和晶格温度在较大时间和深度范围内的变化特性。通过对0、100nm、500nm这三个具有代表性的深度处自由电子和晶格温度随时间变化曲线的研究,揭示了不同深度下物质温度变化过程和机制的差异。结果表明:1)铝靶表层自由电子的温度在脉冲作用时间内升到最大值,并且电声驰豫时间远大于脉冲宽度;2)对烧蚀深度内的物质而言,电子直接吸收激光能量引起的升温已不占主导地位,而其升温过程主要由电子热传导所决定,这说明在强飞秒激光烧蚀铝靶的过程中,物质的烧蚀主要是由自由电子的热传导引起的;3)自由电子热流和电子晶格之间的耦合作用将导致靶内深处的自由电子温度经历先上升再下降、最后再次上升的过程,并且当电子的热流和电子与晶格的耦合达到平衡时,电子的温度达到极值。由于金属性质的相似性,以上结论可推广于强飞秒激光烧蚀其他金属的情况中。