激光燒蝕靶材分析

郭瑞平+姚宏林

摘 要：該文研究了激光燒蝕過程中靶材的溫度分布情況、物質(zhì)反沖情況和運(yùn)動(dòng)變形情況，給出了靶材三維溫度場(chǎng)分布的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，用有限元方法對(duì)模型進(jìn)行了分析，求得了模型簡(jiǎn)化后的計(jì)算結(jié)果。對(duì)燒蝕過程中噴濺物質(zhì)反沖引起的沖量進(jìn)行了描述，并對(duì)受到等離子體沖擊波作用后靶材的運(yùn)動(dòng)與變形情況進(jìn)行了分析，所得結(jié)果揭示了激光燒蝕過程中的一些規(guī)律和現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：激光燒蝕 等離子體沖擊波 靶材運(yùn)動(dòng)與變形

中圖分類號(hào)：O241.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0195-03

Abstract： Numerical simulation of three-dimensional temperature field and the impulse caused by vaporization of a target which is ablated by high energy laser is investigated. Using kinematics method， the motion and deformation are analyzed for plasma impulse wave. These show some interesting results on laser ablation.

Key Words： Laser ablation；Plasma impulse wave；The motion and deformation of a target

高能激光輻照靶材表面產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象稱為激光燒蝕，靶材在燒蝕過程中表面發(fā)生氣化現(xiàn)象，并有物質(zhì)噴出，噴濺物繼續(xù)吸收激光能量后可進(jìn)一步發(fā)生電離，形成等離子體。因此，在激光燒蝕過程中涉及到溫度場(chǎng)的變化，以及噴濺蒸汽、等離子體、沖擊波等動(dòng)力學(xué)過程的相互耦合，比簡(jiǎn)單的激光熱效應(yīng)更為復(fù)雜。

該文對(duì)溫度場(chǎng)的計(jì)算和噴射物質(zhì)的反沖引起的沖量進(jìn)行了論述，給出了簡(jiǎn)化情形下溫度分布的計(jì)算結(jié)果，并對(duì)等離子體沖擊波引起的靶材運(yùn)動(dòng)與變形進(jìn)行了分析。

4 結(jié)論

激光輻照引起靶材物質(zhì)的氣化和燒蝕，噴濺氣體或等離子體的噴濺膨脹施加給靶材表面形成反沖壓力及沖量，使得靶材發(fā)生運(yùn)動(dòng)與形變。激光的燒蝕壓力以及與靶材的沖量耦合研究有許多重要的應(yīng)用，如清除空間碎片、驅(qū)動(dòng)空間物質(zhì)和光子火箭探索等，因此關(guān)于這方面的研究意義重大。

以上我們只是介紹了激光燒蝕靶材的基本情況，計(jì)算結(jié)果也是初步的，但這些結(jié)論對(duì)深入研究激光燒蝕問題具有一定的參考作用。

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