纳秒激光诱导铜箔喷射机制的研究

摘要

使用纳秒Nd:YAG脉冲激光进行了微米厚铜箔的激光诱导喷射机制研究。通过控制激光脉冲能量10～500 μJ,揭示了三种不同的喷射现象:无喷射、稳定喷射和溅射。在稳定喷射模式中,发现了由单一脉冲同时引发的向前和向后喷射现象,可同时在接收层与靶材层方向制备出微细结构。用有限元方法对激光辐照产生的温度场和铜箔相变进行了计算,揭示了纳秒激光诱导喷射主要是由气相膨胀所带动的流体动力学所引起,并界定了发生稳定喷射所需的激光能量阈值。采用Rayleigh-Plesset方程对激光诱导的汽泡动力学进行了计算,分析认为汽泡的迅速扩张和收缩,是分别引起向前和向后喷射的主要原因。根据实验和仿真结果,提出了通过控制激光参数实现稳定喷射的方法。