Численное моделирование нагрева металлической мишени фемтосекундными лазерными импульсами в присутствии газа

摘要

Общепринято, что при облучении металлических мишеней ультракороткими лазерными импульсами потери энергии лазерного излучения на нагрев мишени невелики. Это связано с малой глубиной проникновения излучения в образец и малой (на временах длительности импульса) теплопроводностью мишени [1-4]. Однако недавние эксперименты [5-7] показали значительное увеличение остаточного тепла в облучаемых мишенях в присутствии фонового газа, причем количество остаточного тепла существенно превышает поглощательную способность металлов относительно излучения. Обнаружено, что для возникновения эффекта аномального нагрева мишени в присутствии газа необходимо, чтобы мощность импульса превышала определенное пороговое значение. В настоящей работе обсуждаются процессы, которые могут привести к этому эффекту, и представлены результаты численного моделирования динамики окружающего мишень газа и теплообмена между газом и мишенью, облучаемой фемтосекундным импульсом лазерного излучения. Описан численный алгоритм, используемый для моделирования.