超短脉冲激光烧蚀金属薄膜材料的热效应分析

基于双曲双温两步热传导模型,利用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对超短脉冲激光辐照金膜时的温度场进行了一维数值模拟计算。讨论了不同能量密度和脉冲宽度条件下金膜表面温度场的分布情况; 分析了电子-晶格耦合系数对薄膜体内温度场的变化规律及电子-晶格耦合至热平衡所需时间的影响。结果表明, 激光脉冲的能量密度和脉冲宽度对电子温度的峰值有重大影响; 电子-晶格的耦合系数决定了二者的温升速率和耦合时间; 电子温度及电子温度的梯度在接近表面区域迅速达到最大值,与之相应的热电子崩力是造成金属薄膜早期力学损伤的主要原因。