飞秒激光烧蚀金膜研究：DHTS模型优于PTS模型

"飞秒脉冲激光烧蚀金膜的相变传热研究" 这篇研究文章主要探讨了飞秒脉冲激光在烧蚀金膜过程中的相变传热现象。研究采用了双温度模型，这是一种考虑了材料内部不同区域温度差异的模型，特别适用于快速加热和冷却的瞬态过程，如飞秒激光作用下的材料烧蚀。在这个模型中，固体和电子的温度被分别考虑，以更好地描述激光能量吸收和传递的过程。 研究中，研究人员运用了两种不同的热传导模型——双重双曲线两步（DHTS）模型和抛物线两步（PTS）模型，来模拟激光烧蚀金膜时固-液和气-液界面的变化。这两种模型都考虑了非傅里叶效应，即热流不遵循经典傅里叶定律的情况，这对于高速、短脉冲激光烧蚀过程尤其重要。然而，DHTS模型通常被认为更能准确地反映超快过程中的热传播特性，因为它能够更好地捕捉热波效应。 通过比较这两种模型的模拟结果，研究发现DHTS模型对于飞秒激光烧蚀金膜的模拟更加接近实际实验数据。在相同的条件下，DHTS模型预测的熔化深度和烧蚀深度比PTS模型更深。这表明，DHTS模型可能更适合描述飞秒激光作用下的快速相变过程。 此外，研究还分析了激光参数（如能量密度和脉冲宽度）以及金膜厚度对烧蚀效果的影响。激光能量密度增大或脉冲宽度减小时，激光烧蚀的深度会增加，因为更多的能量能在更短的时间内被吸收，导致更强的局部加热。相反，金膜越厚，其对激光能量的吸收能力相对减弱，因此烧蚀效果相应变差。 这些发现对于理解飞秒激光在精密加工、微纳制造以及材料改性等领域的应用具有重要意义，为优化激光工艺参数提供了理论依据。同时，这项研究也提醒我们，在处理快速相变和超快热传输问题时，选择适当的热模型至关重要，它直接影响到预测结果的准确性和实用性。 关键词：激光光学，飞秒激光，抛物线两步模型，双重双曲线两步模型，气-液界面，烧蚀过程 中图分类号：TN249 文献标识码：A DOI：10.3788/AOS201535.1214001 Numerical Investigation of Phase Change during Thermal Ablation of Gold Films Induced by Femtosecond Laser 作者：赵士强，李凌 单位：上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093，中国 发布时间：2015年12月，第35卷第12期 此研究对飞秒脉冲激光烧蚀金膜的物理过程进行了深入探讨，揭示了模型选择、激光参数与材料特性之间的相互作用，对于进一步优化激光加工技术具有指导价值。