Эмиссия электронов и окисление металлов при воздействии ультракоротких лазерных импульсов

• Автор: Сергаева, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление

Введение. Актуальность работы, постановка цели и задач работы

1. Процессы, происходящие при воздействии ультракоротких лазерных импульсов на вещество (обзор литературы)

1.1. Лазерный нагрев металлов

1.1.1. Поглощение излучения и оптические свойства металлов

1.1.2. Двухтемпературная модель

1.2. Лазерное окисление металлов

1.2.1. Процессы, происходящие при окислении поверхности

1.2.1.1. Адсорбция газа

1.2.1.2. Перенос реагентов

1.2.1.3. Диффузия кислорода в воздухе
1.2.1.4. Растворение кислорода в приповерхностном слое
1.2.1.5. Влияние электрического поля
1.2.1.6. Фотоэффект
1.2.2. Законы окисления
1.2.3. Уравнение Аррениуса, энергия активации, температурная зависимость
1.3. Эмиссионные процессы
1.3.1. Термоэлектронная эмиссия
1.3.2. Фотоэмиссия
1.3.3. Кулоновский взрыв
1.4. Выводы
2. Роль эмиссии электронов в процессах воздействия ультракоротких лазерных импульсов на металлы
2.1. Физическая и математическая модели нагревания металлов при воздействии ультракоротких лазерных импульсов с учетом фото- и термоэмиссии

2.1.1. Применимость двухтемпературной модели для описания воздействия фемтосекундных лазерных импульсов на металлы
2.1.2. Учет эмиссии в двухтемпературной модели при сверхкоротком воздействии
2.1.2.1. Изменение оптических свойств металла при действии ультракоротких лазерных импульсов
2.1.2.2. Влияние динамики неравновесных носителей на свойства поглощающего материала
2.1.2.3. Ограничения применения двухтемпературной модели
2.1.2.4. Уточнения для двухтемпературной модели на основе кинетического подхода
2.1.3 Модель эмиссии электронов при воздействии ультракоротких лазерных импульсов на металлы
2.2 Алгоритм численного модели лазерного нагревания металлов ультракороткими лазерными импульсами с учетом эмиссии
2.3 Результаты численного моделирования лазерного нагревания металлов ультракороткими лазерными импульсами с учетом эмиссии
2.4 Выводы
3. Окисление металлов при воздействии ультракоротких лазерных импульсов
3.1 Образование и рост окисла металлов при воздействии одиночного ультракороткого лазерного импульса
3.1.1. Поверхностное окисление
3.1.2. Объемное окисление
3.1.3. Влияние эмиссии электронов
3.2 Образование и рост окисла металлов при воздействии серии ультракоротких лазерных импульсов с высокой частотой следования
3.3 Выводы
Заключение

Список использованной литературы
Приложение А. Структурная схема алгоритма численного решения задачи нагревания ультракоротким лазерным импульсом с учетом эмиссии
электронов
Приложение Б. Листинг программы, описывающей эмиссию электронов
Приложение В. Структурная схема алгоритма численного решения задачи об окислении металлической пленки на стеклянной подложке серией
ультракоротких лазерных импульсов
Приложение Г. Листинг программы, описывающей окисление металлической пленки на стеклянной подложке серией ультракоротких лазерных импульсов

поверхности и объем образца при окислении изменяются. Как приближение при незначительном окислении изменением площади поверхности окисла можно пренебречь, для образцов из тонкой фольги или листа такие эффекты играют незначительную роль [23].
1.3. Эмиссионные процессы
При действии лазерного излучения на металл возможны два механизма эмиссии электронов: термическая эмиссия и многоквантовый фотоэффект. Экспериментально эти механизмы можно различить по зависимости фототока от поляризации падающего света и отсутствию запаздывания тока по отношению к световому импульсу. Наблюдаемая экспериментально электронная эмиссия обусловлена обычно термическим механизмом. Изучению эмиссии под действием ультракоротких лазерных импульсов уделяется большое внимание [37-43].
1.3.1. Термоэлектронная эмиссия
Ток термоэлектронной эмиссии си с элемента поверхности с13, имеющего температуру Т, определяется известным законом Ричардсона:

сЦ = ккТ2е кьГс1Б , (18)
где (ре - работа выхода, кр=2тсдекь2к^= 120 А см-2 град-2 (те - масса электрона, де - его заряд, к - постоянная Планка), одинаковое для всех металлов. Экспериментально определяемые значения кц отличаются от приведенного теоретического иногда даже по порядку величины. Исследования показывают, что значения кК и <ре весьма чувствительны к состоянию поверхности металла. Так, наличие адсорбированных на поверхности положительных ионов приводит к образованию двойного электрического слоя, который заметно снижает работу выхода [17].