飛秒激光燒蝕特種金屬的蝕除深度與機(jī)理研究.pdf

1、飛秒激光具有超快、超高、超強(qiáng)等特點(diǎn)，在微納加工領(lǐng)域發(fā)揮出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。鎳鈦形狀記憶合金和銅鋯非晶合金因其獨(dú)特的性能而應(yīng)用廣泛。飛秒激光與兩特種金屬材料相互作用過(guò)程非常復(fù)雜，激光與材料作用機(jī)制也會(huì)因?yàn)榧す鈪?shù)和材料的不同而有所不同。深入研究和探索飛秒激光燒蝕鎳鈦形狀記憶合金和銅鋯非晶合金兩特種金屬材料的蝕除深度以及物理機(jī)制，對(duì)降低材料的燒蝕性損傷，提高激光對(duì)材料的加工能力，完成加工工藝的系統(tǒng)優(yōu)化具有尤為重要的意義。
　　本文采用雙溫模

2、型結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)的模擬方法模擬了飛秒激光燒蝕特種金屬的過(guò)程。主要做了以下幾個(gè)方面的工作：
　　（1）模擬了典型脈寬飛秒脈沖激光與鎳鈦二元形狀記憶合金相互作用時(shí)能量密度對(duì)靶材燒蝕深度的影響。模擬了脈寬為100 fs，能量密度為0~125 mJ/cm2的單脈沖激光照射90 nm厚鎳鈦合金薄膜的過(guò)程。模擬結(jié)果表明，飛秒單脈沖激光燒蝕鎳鈦二元形狀記憶合金會(huì)產(chǎn)生兩種不同的燒蝕相。當(dāng)激光能量密度比較低的時(shí)候，靶材的燒蝕深度比較低，并且深度與靶

3、材的光學(xué)穿透深度相關(guān)，燒蝕的結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)為弱燒蝕相；激光的能量密度比較高的時(shí)候，燒蝕深度大幅度增加，燒蝕結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)為強(qiáng)燒蝕相。
　?。?）采用“拼花法”對(duì)高斯飛秒脈沖激光輻照鎳鈦靶材的形貌進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)使用較低能量密度的飛秒激光輻照靶材時(shí)，能夠獲得底部較為平坦的燒蝕彈坑。
　　（3）模擬了典型脈寬飛秒脈沖激光與銅鋯非晶合金相互作用時(shí)能量密度對(duì)電聲耦合時(shí)間的影響。發(fā)現(xiàn)能量密度越高電聲耦合時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)達(dá)到平衡時(shí)的溫度越高。<