УДК: 533.72:519.63

Эффекты неравновесности при воздействии импульсного лазерного излучения на металлы

Мажукин В.И., Мажукин А.В., Демин М.М., Шапранов А.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Мажукин В.И., Мажукин А.В., Демин М.М., Шапранов А.В. Эффекты неравновесности при воздействии импульсного лазерного излучения на металлы // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 8. С. 29–37.

Mazhukin V.I., Mazhukin A.V., Demin M.M., Shapranov A.V. Nonequilibrium effects accompanying the action of pulsed laser radiation on metals [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2011. V. 78. № 8. P. 29–37.

Ссылка на англоязычную версию:

V. I. Mazhukin, A. V. Mazhukin, M. M. Demin, and A. V. Shapranov, "Nonequilibrium effects accompanying the action of pulsed laser radiation on metals," Journal of Optical Technology. 78(8), 491-497 (2011). https://doi.org/10.1364/JOT.78.000491

Аннотация:

Рассмотрены два режима лазерной абляции металлов (Al, Cu): нано- и фемтосекундный. Математическое моделирование наносекундного воздействия позволило определить область применимости однотемпературного приближения. Длительность лазерного импульса должна быть при этом не менее 10 нс. Результаты моделирования показали качественное влияние неравновесности на основные процессы. Наиболее ярко они проявляются в режимах фемтосекундного воздействия, при котором быстрые фазовые трансформации сопровождаются появлением сильно перегретых (5000–15 000 K) метастабильных состояний и ударных волн в твердом теле, а также повышенным выносом энергии из зоны облучения электронной теплопроводностью.

Ключевые слова:

математическое моделирование, лазерное воздействие, перегрев, нано- фемтосекундный режим

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проекты № 10-07-00246-а и № 09-07-00225-а.

Коды OCIS: 350.3390, 320.7040, 320.7120

Список источников:

1. Miotello A., Ossi P.M. Laser-Surface Interactions for New Materials Production. Springer Series in Materials Science., 130. Heidelberg.: Springer-Verlag, 2009. 358 p.

2. Liu B., Hu Z.D., Che Y., Chen Y.B., Pan X.Q. Nanoparticle generation in ultrafast pulsed laser ablationof nickel // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 044103–044107.
3. Ausanio G., Amoruso S., Barone A.C., Bruzzese R., Iannotti V., Lanotte L., Vitiello M. Production of nanoparticles of different materials by means of ultrashort laser pulsed // Appl. Surf. Sci. 2006. V. 252. P. 4678–4684.
4. Song K.H., Xu X. Explosive phase transformation in excimer laser ablation // Appl. Surf. Sci. 1998. V. 127–129. P. 111–116.
5. Ch. Cheng, X. Xu. Mechanisms of decomposition of metal during femtosecond laser ablation // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 165415-1–165415-15.
6. Zhigilei L.V. Dynamics of the plume formation and parameters of the ejected clusters in short–pulse laser ablation // Appl. Phys. A. 2003. V. 76. P. 339–350.
7. Mene´ndez-Manjo´n A., Barcikowski S., Shafeev G.A., Mazhukin V.I., Chichkov B.N. Influence of beam intensity profile on the aerodynamic particle size distributions generated by femtosecond laser ablation // Laser and Particle Beams. 2010. № 28. P. 45–52.
8. Yang J., Zhao Y., Zhu X. Theoretical studies of ultrafast ablation of metal targets dominated by phase explosion // Appl. Phys. A. 2007. V. 89. P. 571–578.
9. Mazhukin V.I., Samarskii A.A. Mathematical Modeling in the Technology of Laser Treatments of Materials // Review. Surveys on Mathematics for Industry. 1994. V. 4. № 2. P. 85–149.
10. Crout D. An application of kinetic theory to the problems of evaporation and sublimation of monatomic gases // J. Math. Phys. 1936. № 15. P. 1–54.
11. Мажукин В.И., Прудковский П.А., Самохин А.А. О газодинамических граничных условиях на фронте испарения // Математическое моделирование. 1993. Т. 5. № 6. С. 3–10.
12. Mazhukin A.V., Chichkov B. N. Kinetics of electron-phonon relaxation in metals in wide temperature range // Book Abstracts E-MRS 2008 Spring Meeting (E-MRS 2008). P. b-17.
13. Мартыненко Ю.В., Явлинский Ю.Н. Охлаждение электронного газа металла при высокой температуре // ДАН СССР. 1983. Т. 270. № 1. C. 88–91.
14. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. М.: Физматлит, 1958. 380 c.
15. Mazhukin V.I., Mazhukin A.V., Koroleva O.N. Optical Properties of Electron Fermi-Gas of Metals at Arbitrary Temperature and Frequency // Laser Physics. 2009. V. 19. P. 1179–1186.
16. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. 271 с.