脉冲激光烧蚀金属的动力学研究进展

　引言
　　激光自发明以来的半个世纪左右时间里，在功率、能量、脉宽等参数品质上都有快速提高，现在已经开发出品种繁复的各类型激光器广泛用于科学研究、工业加工、医学治疗等领域。在工业上，激光对金属的加工、改性、表面处理、镀膜等运用十分广泛，然而激光对金属作用是非常复杂的一个过程，激光对材料表面的作用效果和激光的脉冲时间尺度、功率密度、频率和材料特性以及环境因素等有密切关系。如果激光功率密度较低（<10MW/cm2），脉冲激光能量不足以引起金属材料表面液化和汽化等相变，那么就只能在材料表面引起温度变化和力学性质变化。当激光功率密度较高（≥10MW/cm2），受照金属表面温度升高超过汽化温度时，金属表面发生汽化现象，并有物质喷溅而出，喷溅之后靶面和喷射物质继续吸收激光能量，导致喷溅物质进一步发生电离，最后形成等离子体，如果激光功率密度进一步提高，激光可直接在金属表面激发等离子体，这种高能激光辐照金属表面产生的质量迁移现象称之为激光烧蚀。在烧蚀过程中涉及到温度场的变化、金属的力学性质的变化以及喷溅蒸汽、等离子体、冲击波等动力学过程相互耦合，比简单的激光热效应更为复杂，吸引不少学者对这类问题深入研究。
　　１　激光烧蚀金属的实验研究
　　1966年，W. Walter[1]，E. Bernal[2]，Yu. Afanasyev[3]等人同时发表一系列激光和金属相互的作用的论文，分别阐述了高能激光和金属相互作用时原子蒸汽喷发、离子发射等气体动力学现象，使得人们对激光烧蚀的动力学问题研究开始成为热点。www.ybasK.Com到上世纪90年代以来，随着短脉冲（微秒、纳秒量级）高能激光和超短脉冲（飞秒、皮秒量级）高能激光技术以及诊断技术逐渐成熟，短脉冲、超短超强激光与物质的相互作用研究成为可能。短脉冲激光在烧蚀金属靶面时，由于加热时间较长，激光能量主要被金属靶面吸收形成高温温度场，依赖这个温度场，才能形成靶材的熔化、汽化和等离子体的形成；超短脉宽激光烧蚀金属靶面时，由于能量注入时间极短，激光能量是以非线性多光子吸收为主，电子吸收能量后不能及时传递给晶格，因此电子和晶格温度场不一致。同时激光能量在辐照区域内来不及扩散，集中在辐照区域表面的薄层中，快速加热材料薄层内的电子形成极高的温度，引

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页