Отправить статью по E-mail 
Численное моделирование лазерной абляции материалов
- Авторы: Амирханов И.В.1, Саркер Н.Р.1, Сархадов И.1
-
Учреждения:
- Объединённый институт ядерных исследований
- Выпуск: Том 28, № 4 (2020)
- Страницы: 398-405
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rudn.ru/miph/article/view/25184
- DOI: https://doi.org/10.22363/2658-4670-2020-28-4-398-405
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе проведено численное моделирование лазерной абляции материала под действием ультракоротких лазерных импульсов. Тепловой механизм лазерной абляции описывается в рамках одномерного нестационарного уравнения теплопроводности в системе координат, связанной с движущимся фронтом испарения. Действие лазера учитывается через функции источника в уравнении теплопроводности, задавая координатную и временную зависимости источника лазера. Для заданной дозы облучения образца получены профили температуры образца при разных временах, динамике перемещения границы образца из-за испарения, скорости перемещения этой границы и температуры образца на движущейся границе. Получены зависимость максимума температуры на поверхности образца и толщины слоя абляции от дозы излучения падающего лазерного импульса. Численные расчеты проведены с применением метода конечных разностей. Полученные результаты согласуются с результатами работ других исследователей.
Ключевые слова
Об авторах
И. В. Амирханов
Объединённый институт ядерных исследований
Автор, ответственный за переписку.
Email: camir@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Head of Sector “Scientific Division of Computational Physics”. Laboratory of Information Technologies
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияН. Р. Саркер
Объединённый институт ядерных исследований
Email: sarker@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher “Scientific Division of Computational Physics”. Laboratory of Information Technologies
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияИ. Сархадов
Объединённый институт ядерных исследований
Email: ibrohim@jinr.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher “Scientific Division of Computational Physics”. Laboratory of Information Technologies
ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, Московская область, 141980, РоссияСписок литературы
- L. A. Zakharov and N. M. Bulgakov, “Numerical simulation of laser ablation of metals and polymers when exposed to pulses of infrared radiation: the effect of the initial temperature of the sample [Chislennoe modelirovanie lazernoj ablyacii metallov i polimerov pri vozdejstvii impul’sami infrakrasnogo izlucheniya: vliyanie nachal’noj temperatury obrazca],” Vestnik NGU. Seriya: Fizika, vol. 5, no. 1, pp. 39-47, 2010, in Russian.
- S. I. Anisimov and B. S. Lukyanchuk, “Selected problems of laser ablation theory,” Phys. Usp., no. 45, pp. 293-324, 2002. DOI: 10.1070/ PU2002v045n03ABEH000966.
- V. P. Veiko, M. N. Libenson, G. G. Chervyakov, and E. B. Yakovlev, Interaction of Laser Radiation with Matter. Power Optics [Vzaimodeistvie lazernogo izlucheniya s veshchestvom. Silovaya optika]. Moscow: Fizmatlit, 2008, in Russian.
- M. P. Allen and D. J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids. Walton Street, Oxford OX2 6DP: Clarendon Press, 1991.
- Z. H. Jin, P. Gumbsch, K. Lu, and E. Ma, “Melting mechanisms at the limit of superheating,” Physical Review Letters, vol. 87, no. 5, p. 055 703, Jul. 2001. doi: 10.1103/PhysRevLett.87.055703.
- F. F. Abraham and J. Q. Broughton, “Pulsed melting of silicon (111) and (100) surfaces simulated by molecular dynamics,” Physical Review Letters, vol. 56, no. 7, pp. 734-737, 1986. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.734.
- L. V. Zhigilei and B. J. Garrison, “Pressure waves in microscopic simulations of laser ablation,” Materials Research Society Symposium - Proceedings, vol. 538, pp. 491-496, 1999.
- J. I. Etcheverry and M. Mesaros, “Molecular dynamics simulation of the production of acoustic waves by pulsed laser irradiation,” Physical Review B, vol. 60, no. 13, pp. 9430-9434, 1999. doi: 10.1103/PhysRevB. 60.9430.
- L. V. Zhigilei and B. J. Garrison, “Microscopic mechanisms of laser ablation of organic solids in the thermal and stress confinement irradiation regimes,” Journal of Applied Physics, vol. 88, no. 3, pp. 1281-1298, 2000. doi: 10.1063/1.373816.
- I. V. Amirkhanov, N. R. Sarker, and I. Sarkhadov, “Numerical simulation of laser ablation of materials,” in Proceedings of the 10th International Conference “Information and Telecommunication Technologies and Mathematical Modeling of High-Tech Systems” (ITTMM-2020), Moscow, in Russian, 2020, pp. 237-239.
- I. V. Amirkhanov, E. V. Zemlyanaya, I. V. Puzynin, T. P. Puzynina, and I. Sarhadov, On the influence of the source shape in the model of phase transitions in metals irradiated with pulsed ion beams [O vliyanii formy istochnika v modeli fazovyh perekhodov v metallah, obluchaemyh impul’snymi puchkami ionov]. Dubna: JINR Communication P11-200278, 2002, p. 18, in Russian.
- A. A. Samarskiy, The theory of difference schemes [Teoriya raznostnyh skhem], Russian. Moscow: Nauka, 1983, pp. 258-276, in Russian.
