Численное моделирование взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с металлами
Диссертация
Во второй главе диссертации описывается вычислительный метод, используемый для численного решения уравнений двухтемпературной гидродинамики, и программный код, созданный для его реализации. Раздел 2.1 содержит описание метода расщепления по физическим процессам на три этапа: этап гидродинамики и поглощения лазерного излучения, этап электронной теплопроводности и этап электронно-ионного обмена… Читать ещё >
Содержание
- 1. Модель физических процессов
- 1. 1. Постановка задачи
- 1. 2. Электронная теплопроводность
- 1. 3. Уравнения состояния
- 1. 4. Начальные и граничные условия
- 2. Вычислительный алгоритм
- 2. 1. Метод расщепления
- 2. 2. Этап гидродинамики
- 2. 3. Этап электронной теплопроводности
- 2. 4. Этап электронно-ионного обмена
- 2. 5. Замечания по реализации
- 3. Результаты
- 3. 1. «Сверхзвуковое плавление» в алюминии
- 3. 2. Исследование профиля волны сжатия в алюминии
- 3. 3. Исследование абляции алюминия
Список литературы
- M.И. Каганов, И.M. Лифшиц, Л. В. Танатаров, Релаксация между электронами и решеткой, ЖЭТФ, том 31, вып. 2(8) (1956), с. 232 237.
- С.И. Анисимов, Б. Л. Капелиович, Т. Л. Перельман, Электронная эмиссия с поверхности металлов под действием ультракоротких лазерных импульсов, ЖЭТФ, том 66, вып. 2 (1974), с. 776−781.
- Н.А. Иногамов, A.M. Опарин, Ю. В. Петров, Н. В. Шапошников, С. И. Анисимов, Д. фон дер Линде, Ю. Майер-тер-Фен, Разлет вещества, нагретого ультракоротким лазерным импульсом, Письма в ЖЭТФ, 1999, том 69, вып. 4, с. 284−289.
- С.И. Анисимов, В. В. Жаховский, Н. А. Иногамов, К. Нишихара, A.M. Опарин, Ю. В. Петров, Разрушение твердой пленки в результате действия ультракороткого лазерного импульса, Письма в ЖЭТФ, 2003, 77(11), с. 731−736.
- Sokolowski-Tinten К., Bialkowski J., Cavalleri A., Von der Linde D., Oparin A., Meyer-ter-Vehn J., Anisimov S.I., Transient States of Matter during Short Pulse Laser Ablation, Phys. Rev. Lett., 1998, V. 81., p. 224 227.
- Yu.V. Petrov, Energy exchange between the lattice and electrons in a metal under femtosecond laser irradiation, Laser and Particle Beams (2005), 23, p. 283−289.
- Zh. Lin, L.V. Zhigilei, and V. Celli, Phys. Rev. В 77, 75 133 (2008).
- N.A. Inogamov, V.V. Zhakhovskii, S.I. Ashitkov, V.A. Khokhlov, Yu.V. Petrov, P. S. Komarov, M.B. Agranat, S.I. Anisimov and K. Nishihara, Two-temperature relaxation and melting after absorption of femtosecond laser pulse, Appl. Surf. Sci., 255, 24, 2009.
- J.P. Colombier, P. Combis, E. Audoard, and R. Stoian, Transient optical response of ultrafast nonequilibrium excited: Effects of electron-electron contribution to collisional absorption, Phys. Rev. E 77, 36 409 (2008).
- D. Fisher, M. Fraenkel, Z. Henis, E. Moshe, and S. Eliezer, Interband and intraband (Drude) contributions to femtosecond laser absorption in aluminum, Phys. Rev. E 65, 16 409 (2001).
- A.Y. Vorobyev and Chunlei Guo, Colorizing metals with femtosecond laser pulses, Appl. Phys. Lett. 92, 41 914 (2008).
- B.B. Жаховский, H.А. Иногамов, К. Нишихара, Новый механизм формирования нанорельефа поверхности, облученной фемтосекунд-ным лазерным импульсом, Письма в ЖЭТФ, т. 87, с. 491−496 (2008).
- Vasiliy V. Temnov, Klaus Sokolowskii-Tinten, Ping Zhou, and Dietrich von der Linde, Ultrafast imaging interferometry at femtosecond-laser-excited surfaces, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 23, No. 9, (2006).
- Dmitry S. Ivanov and Leonid V. Zhigilei, Combined atomistic-continuum modeling of short-pulse laser melting and disintegration of metal films, Phys. Rev. B, 68, 64 114 (2003).
- Анисимов С.И., Жаховский В. В., Иногамов H.А., Нишихара К., Петров Ю. В., Хохлов В. А., Разлет вещества и формирование кратера под действием ультракороткого лазерного импульса, ЖЭТФ, 2006, Том 130, Вып. 2(8), стр. 212−227.
- V.V. Zhakhovski, N.A. Inogamov, Yu.V. Petrov, S.I. Ashitkov, К. Nishihara, Molecular dynamics simulation of femtosecond ablation and spallation with different interatomic potentials, Appl. Surf. Sci. (2009), DOI: 10.1016/j.apsusc.2009.04.082.
- S. Amoruso, R. Bruzzese, X. Wang, N.N. Nedialkov and P.A. Atanasov, Femtosecond laser ablation of nickel in vacuum, J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) 331−340.
- Yong Gan and J.K. Chen, Integrated continuum-atomistic modeling of nonthermal ablation of gold nanofilms by femtosecond lasers, Appl. Phys. Lett. 94, 201 116 (2009).
- С.И. Анисимов, М. Ф. Иванов, Н. А. Иногамов, П. П. Пашинин, М. А. Прохоров, Численное моделирование лазерного нагревания и сжатия простых оболочечных мишеней, Физика плазмы, 3(4), 723 732 (1977).
- К. Eidmann, J. Meyer-ter-Vehn, Th. Schlegel, S. Huiler, Hydro-code simulation of subpicosecond laser interaction with solid matter, Phys. Rev. E 62, 1202 (2000).
- M.E. Povarnitsyn, Т.Е. Itina, M. Sentis, K.V. Khishchenko, and P.R. Levashov, Material decomposition mechanisms in femtosecond laser interactions with metals, Phys. Rev. В 75, 235 414 (2007).
- В.И. Мажукин, А. В. Мажукин, М. Г. Лобок, Динамика фазовых переходов и перегретых метастабильных состояний при нано-фемтосекундном лазерном воздействии на металлические мишени, Математичекое моделирование, 2009, т.21, н.11, стр. 99−112.
- В.И. Мажукин, А. В. Мажукин, М. М. Демин, А. В. Шапранов, Эффекты неравновесности при воздействии импульсного лазерного излучения на металлы, Оптический журнал 78, 8, 2011.
- A.V. Mazhukin, V.I.Mazhukin, М.М. Demin, Modeling of femtosecond ablation of aluminium film with single laser pulses, Appl. Surf. Sci., 257(2011) 5443−5446.
- Н.А. Иногамов, Ю. В. Петров, Теплопроводность металлов с горячими электронами, ЖЭТФ, т. 137, вып. 3 (2010), с. 505−529.
- Бушман A.B., Ломоносов И. В., Фортов В. Е., Уравнения состояния металлов при высоких плотностях энергии. Черноголовка: ИХФЧ РАН, 1992.
- М.Е. Поварницын, Т. Е. Итина, П. Р. Левашов, К. В. Хищенко «Моделирование абляции металлических мишеней фемтосекундными лазерными импульсами"// Сборник трудов «Физика экстремальных состояний вещества 2007Черноголовка: ИПХФ РАН, С. 16 (2007).
- H.A. Иногамов, В. В. Жаховский, В. А. Хохлов, В. В. Шепелев, Сверхупругость и распространение ударных волн в кристаллах, Письма в ЖЭТФ, т. 93, вып. 4, с. 245−251, (2011).
- Y.T. Lee and R.M. More, An electron conductivity model for dense plasmas, Phys. Fluids 27, 1273 (1984).
- S.I. Anisimov, B. Rethfeld, Theory of ultrashort laser pulse interaction with a metal, Proc. SPIE 3093, 192 (1997).
- Ландау JI.Д., Лифшиц Е. М., Теоретическая физика: учеб. пособие в 10 т., Т. V, Статистическая физика, Москва, Наука, 1988 г.
- Самарский А.А., Попов Ю. П., Разностные методы решения задач газовой динамики, Наука, Москва, 1980.