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纳秒激光烧蚀铝材料的二维数值模拟
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN241[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室和高科技研究院,大连116024, [2]大连理工大学材料科学与工程学院,大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:10875021)资助的课题
中文摘要:

为了探索纳秒脉冲强激光与材料的相互作用机理,建立了二维数值模型,利用有限差分法对纳秒激光脉冲烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟.通过对比不同脉宽、光斑和能量下激光引起的温度场随时间的演化,发现脉冲的前期温度升高比后期快.等温图显示中心温度升高最快,烧蚀轮廓与激光束形状相似,烧蚀深度达1—5μm.脉宽越长,烧蚀越窄和越深,光斑越大,烧蚀越宽和越浅.数值研究表明,1)激光的脉冲形状、脉宽和功率密度直接影响烧蚀的形状和深度;2)激光功率密度在109W/cm2量级烧蚀面近似为光斑大小.这些结果对于实验上设计激光控制参数有一定指导作用。

英文摘要:

To investigate the interaction between high-power pulsed laser and metal materials,we established a two-dimensional numerical model.The laser-induced two-dimensional temperature distribution was simulated using a finite difference method.From comparison of temperature evolution under different pulse time,spot sizes and energies,it can be seen that the rise of temperature in the initial period is faster than that in the later periods.Isothermal diagram shows that the temperature rising rate is fastest in the center of laser irradiating zone and that the ablation depth is in the range of 1—5 μm.As the laser pulse duration becomes longer,the ablation zone becomes narrower and deeper.As the laser spot diameter increases,the ablation zone becomes wider and shallower.The present numerical results indicate that:(1) the ablation shape and depth sensitively depend on the laser shape,pulse duration and power density;(2) with laser power density in the order of 109 W /cm2,the ablation area is roughly of the orgc of the laser spot.These results are helpful for designing relevant laser parameters in experiments.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876