激光輻照效應(yīng)

1、等離子體發(fā)展模型和膨脹模型1）在脈沖激光微加工中主要等離子體模型有： 納秒激光與物質(zhì)相互作用中的單溫模型 飛秒激光與物質(zhì)相互作用中的雙溫模型和庫(kù)倫爆炸模型2）在研究激光輻照固體靶蒸汽等離子體形成時(shí)有動(dòng)態(tài)燒蝕耗能模型和光線跟蹤 激光能量等離子體吸收模型。3）其他的一些模型三溫與多溫電子等離子體自由膨脹的理論模型。 自相似解成功地再現(xiàn)了在激光等 離子體自由膨脹中離子速度分布呈現(xiàn)的三峰和多峰結(jié)構(gòu) , 這些結(jié)構(gòu)已在激光打靶 的實(shí)驗(yàn)中頻繁地觀察到。二 ，等離子體參數(shù)的測(cè)量的方法等離子的體的基本參數(shù)有： 電子溫度，電子密度等。 而這些參數(shù)都可以利用實(shí)驗(yàn) 來(lái)測(cè)得。例如利用光譜測(cè)量的光譜展寬，然后利用 ori

2、gin 擬合曲線再薩哈方程 就能計(jì)算得到粒子的電子溫度和電子密度了。三，激光支持燃燒波（LSCW和爆破波（LSDW的產(chǎn)生與傳播，LSCW和LSDW 的分類法，基本結(jié)構(gòu)，區(qū)別與判斷方法。LSCV向 LSDW轉(zhuǎn)化機(jī)制。激光維持的燃燒波（LSC）和爆轟波（LSD）較強(qiáng)的激光束輻照于靶面時(shí)， 使得靶蒸汽或者靶面附近的環(huán)境氣體發(fā)生電離 以致?lián)舸?形成一個(gè)激光吸收區(qū)。 被吸收的激光能量轉(zhuǎn)化為該區(qū)氣體 （或等離子 體）的內(nèi)能， 與流動(dòng)發(fā)生耦合， 按照氣體動(dòng)力學(xué)的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 等離子體的一部分 能量將以輻射的形式耗散， 被凝聚態(tài)靶或周圍氣體所吸收。 這種吸收激光的氣體 或等離子體的傳播運(yùn)動(dòng)通常稱為激光吸收波。

3、 主要的激光吸收區(qū)最終總是在環(huán)境 氣體中形成。在極高光強(qiáng)下，真空環(huán)境中的把蒸汽也會(huì)產(chǎn)生激光吸收波。對(duì)于LSC，前面運(yùn)動(dòng)的沖擊波對(duì)激光是透明的， 等離子體區(qū)域是激光的吸收 區(qū)。以亞聲速向前推進(jìn)，依靠輸運(yùn)機(jī)制（熱傳導(dǎo)、熱輻射和擴(kuò)散）時(shí)期前方冷氣 體加熱和電離，維持 LSC 及其前方?jīng)_擊波的傳播，波后是等離子體區(qū)，等離子 體溫度為 13eV。對(duì)于LSD，沖擊波陣面就是激光吸收區(qū)，被吸收的激光能量直接支持沖擊 波前進(jìn)， LSD 波相對(duì)于波前介質(zhì)超聲速運(yùn)動(dòng)， 等離子體溫度為 10eV 到幾十電子 伏。此沖擊波壓縮前方的氣體，使之升溫電離、吸收激光，成為新的波陣面，上 溯激光入射方向繼續(xù)傳播。 這里沖擊波

4、依靠吸收激光能量而自持傳播， 是一種物 理性質(zhì)的爆破波。聚焦光束產(chǎn)的 LSD 波作發(fā)散傳播，當(dāng)波陣面?zhèn)麟x靶面稍遠(yuǎn)處，光強(qiáng)已不足 以維持 LSD 波，等離子體熄滅，這時(shí)激光又可直接入射于靶面。以Si粒子為例，觀測(cè)LSD波的壽命。在周圍氣體中產(chǎn)生LSD , Si粒子的壽 命延長(zhǎng)到幾千ns,是在真空中壽命的33.2倍。激光能量被爆轟波吸收，對(duì)于靶 面的壓力也主要是有爆轟波產(chǎn)生的，由于產(chǎn)生了爆轟波，對(duì)等離子體形成了屏蔽， 靶材料停止氣化。正常的 LSD 波速：d2 2 -1 i0/1/3其中 為介質(zhì)的等熵指數(shù)，6為介質(zhì)的密度，Io為入射激光的強(qiáng)度（能量密度）。LSD波陣面后等離子體的密度、壓力和粒子速

5、度：'Pj = （Y +1 尸° / Y* pj = PoD 2/（Y+1 ）=41/3 Y（丫2 一1 廠（Y+1 廣3 P,3I 響M j = D /（ 丫 +1 ）= 2（?2 _1 ） |了 +1 廣 Po山3 I o/3LSD波的速度：- ?0 _等離子體對(duì)靶面的壓力為:D_L嚴(yán) 1在空氣中的壓力是低真空中壓力的 35倍LSD傳播的二維理論：靶面壓力：Tp是激光脈寬。2將上面的結(jié)果帶入公式：Po為1個(gè)大氣壓。既求得大氣壓下LSD波的壽命。為1.9 >104ns在2.7Pa時(shí)得LSD波的壽命為 430ns這兩種情況下求得的爆轟波的壽命和在相同實(shí)驗(yàn)條件下 Si離子的壽命近 似，可知，LSD波的壽命和等離子體中Si離子的壽命密切相關(guān)，LSD波使在背 景氣體中燒蝕產(chǎn)生的等離子體中的碰撞增強(qiáng)，這種增強(qiáng)和 LSD波的長(zhǎng)的壽命導(dǎo)致了 Si 離子散射的增強(qiáng)和壽命