【摘 要】
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对飞秒激光烧蚀材料物理机制的深入理解,在飞秒激光微加工中,对提高加工效率与加工质量,全面系统优化加工工艺具有很重要的指导作用。利用结合双温模型的分子动力学模拟方法
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对飞秒激光烧蚀材料物理机制的深入理解,在飞秒激光微加工中,对提高加工效率与加工质量,全面系统优化加工工艺具有很重要的指导作用。利用结合双温模型的分子动力学模拟方法研究飞秒激光与金属材料相互作用可以对激光烧蚀所涉及的动力学过程从微观上提供真实详尽的描述。本论文利用结合双温模型的分子动力学模拟方法对飞秒激光烧蚀典型金属材料的特性进行了研究。论文的主要内容包括: (1)利用双温模型计算分析了皮秒脉冲激光作用单晶铜和飞秒脉冲激光作用单晶镍的电子晶格温度时间分布图,分别采用考虑电子热传导项和忽略热传导项两种方法,对比后发现即使是飞秒脉冲激光作用的情况电子热传导项的影响仍然较大。 (2)建立了飞秒激光烧蚀金属的结合双温模型的分子动力学模型。初步模拟了飞秒激光烧蚀镍的物理过程,通过电子晶格温度时空演化图、晶格位形快照和压强时空演化图分析对比了不同脉宽和不同能量密度对烧蚀机制的影响,脉宽减小对计算结果的影响可以通过减小能量密度来弥补,相同脉宽增大能量密度可能导致喷射产物中的团簇个数增加,断裂层之间出现液滴和单个粒子。 (3)初步模拟了飞秒激光烧蚀铝的物理过程,通过电子晶格温度时空演化图、晶格位形快照和压强时空演化图分析了不同能量密度对烧蚀机制的影响,对比分析了材料参数对烧蚀结果的影响,因为铝的电声耦合系数比镍小,所以电子晶格间的温度梯度持续时间较长,铝的电子热传导系数比镍大,所以上下表面电子温度耦合时间缩短。
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