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多脉冲飞秒激光烧蚀的数值模拟:移动激光焦点效应( Numerical simulation of multi-pulsed femtosecond laser ablation: effect of a moving laser focus )
Y Dong Z Wu Y You C Yin X Li
飞秒激光螺旋钻削中，随着材料的去除，激光焦点向下移动进入工件，这是用来提高加工效率的主要特征之一。数值模拟是研究这一过程的主要方法。为了减小数值模型的空间尺度，本研究未考虑螺旋轨迹的影响。研究了多脉冲飞秒激光烧蚀深孔过程中脉冲间隔和激光聚焦向下速度对烧蚀过程的影响，并对现有的双温度模型进行了改进。采用临界点相分离模型描述了飞秒激光对材料的烧蚀过程。利用一个铜工件，我们模拟了飞秒激光的多个脉冲聚焦到工件上，焦点以恒定的速度移动到工件中的烧蚀过程。我们用有限元方法计算了不同脉冲间隔下，随着焦点以不同速度向下移动，电子温度和晶格温度以及烧蚀深度的变化。结果表明，脉冲间隔是影响多脉冲飞秒激光烧蚀深度的重要因素。随着脉冲间隔的增大，烧蚀深度先增大后减小。脉冲间隔为200 ps时,激光烧蚀效率最高。激光加工过程中，激光焦点的向下速度决定了离焦距离。当采用合理的下移速度使离焦距离保持在50 nm左右时,获得了较高的处理效率。
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