Исследование динамики и механизмов лазерной абляции в режимах милли-, нано- и фемтосекундных импульсов

• Автор: Булгакова, Надежда Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 385 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ф ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Импульсная лазерная абляция: Физические основы и круг приложений

1.1. Воздействие лазерного излучения на вещество и его применения

Ф 1.2. Лазерные импульсы миллисекундной длительности

1.3. Наносекундные лазерные импульсы

1.4. Ультракороткие лазерные импульсы и перспективы их использования

1.5. Проблемы, стоящие перед теорией импульсной лазерной абляции

Глава 2. Свободные струи, формируемые под воздействием

миллисекундных импульсов лазерного излучения на твердые материалы. Пульсации давления на облучаемых мишенях

2.1. Квазистационарный режим лазерного испарения материалов

2.2. Модель квазистационарного лазерного факела

2.3. Структура эрозионного факела
2.3.1. Общая картина течения. Влияние отношения радиуса пятна облучения к радиусу мишени на структуру течения в эрозионном факеле
0 2.3.2. Формирование коконообразной структуры фронта

эрозионного факела
2.4. О постановке условий в пятне облучения
2.5. Пульсации давления на мишенях, испаряемых импульсным лазерным излучением
2.5.1. Анализ причин пульсаций
2.5.2. Газодинамика лазерного факела и пульсации давления на мишень
2.5.3. Влияние параметров эрозионного факела и внешних условий на частоту и амплитуду пульсаций давления на мишень
2.6. Основные черты динамики квазистационарного лазерного факела
Г лава 3. Испарение материалов наносекундными импульсами лазерного излучения: Сферическая модель расширения продуктов абляции в фоновый газ. Аналогия с динамикой недорасширенных струй. Двойной слой
3.1. Особенности динамики лазерного факела при наносекундных испаряющих импульсах
3.2. Сферическая модель расширения лазерной плазмы в фоновый газ
3.3. Моделирование испарения алюминиевой мишени в воздухе
3.4. Моделирование испарения мишени из сверхпроводника

¥Ва2Сиз07.х в кислороде. Пульсации лазерного факела
3.4.1. Задание начальных условий
3.4.2. Поведение газодинамических параметров сферического лазерного факела. Роль ионизации
3.4.3. Сравнение результатов моделирования с времяпролетными измерениями
3.4.4. Пределы применимости сферической модели и сравнение с другими моделями
3.5. Аналогия динамики наносекундного лазерного факела
с динамикой недорасширенных струй
3.5.1. Результаты моделирования расширения лазерного факела УВа2Сиз07.д:-мишени в фоновый газ различного сорта (02, Не, Ые, Аг, Кг)
3.5.2. Аналогия расширения факела, образованного лазерным импульсом наносекундной длительности, с динамикой недорасширенной струи. Эффект фокусировки
3.6. Сферическая модель и плазменные эффекты
3.7. Двойной слой в лазерной плазме и его влияние на динамику расширения факела
3.7.1. Поведение ионов лазерной плазмы при испарении графитовой мишени в вакууме
3.7.2. Механизм формирования двойного слоя
Позднее и работе [78] на основе модели [46,69] предложена аналитическая сферическая модель, которая, однако, дает лишь качественное представление о структуре течения, но не позволяет учесть такие важные черты динамики расширения, как влияние процессов ионизации/рекомбинации, положение скачков уплотнения и контактного разрыва.
1.4. Ультракороткие лазерные импульсы и перспективы их использования
Несмотря на относительную новизну использования пикосекундных и фемтосекундных лазерных импульсов, показано, что они имеют значительное преимущество перед более длинными импульсами для обработки материалов различного типа от металлов до диэлектриков с широкой энергетической щелью [4]. Это объясняется двумя основными факторами: (1) в случае ультракоротких импульсов потери энергии лазерного излучения за счет отвода тепла вглубь мишени минимизируются; (2) унос вещества с поверхности происходит после окончания лазерного импульса, поэтому не возникает эффекта экранирования лазерного излучения плазмой факела. Вследствие меньших потерь энергии лазерного излучения, абляция материалов начинается при более низких интенсивностях импульса по сравнению с более длинными импульсами. При этом, фемтосекундные импульсы имеют преимущество перед пикосекундными и нано секундными импульсами, поскольку в течение импульса не происходит плавления материала, и абляцию в этом случае можно