Поверхностная температура мишени в случае последовательности лазерных импульсов

Скорость сканирования лазерного пучка

Если положение лазерного луча остается на мишени неподвижным для многих последовательных импульсов, то кратер на мишени будет увеличиваться на глубину d за каждый импульс. Этот кратер будет ограничивать выход пара и увеличивать его плотность. В результате излучение будет поглощаться в паровой фазе и, следовательно, режим взаимодействия становится менее благоприятным для эффективного распыления. Когда глубина кратера сопоставима с диаметром центрального пятна, расширение факела пара будет полностью отличаться от того, что было при исходной поверхности. В глубоком кратере тепловые потери в стенки кратера доминируют над другими процессами взаимодействия.

Например, необходимо определить скорость сканирования при распылении мишени с ультравысокой частотой следования импульсов 7,6х10⁷ Гц, при длительности импульса 60 пс и фокусировке излучения в 15 мкм пятно. Согласно расчетам абляция увеличивает глубину кратера ~ 100 А за каждый импульс. Поэтому, чтобы сформировать кратер с глубиной, равной диаметру пятна d = 15 мкм необходимо 1,5х10³ импульса, или -2х1О^-5с. Скорость сканирования поверхности мишени должна быть выше чем 15 [мкм] /2х10^-5 [с] = 75 см/с.

При высокой частоте повторения лазерных импульсов однократное взаимодействие лазерного пучка с мишенью происходит только при быстром сканировании луча по поверхности мишени. Однако при частотах повторения импульсов, лежащих в мегагерцевом диапазоне, это достаточно редкий случай. Процесс нагревания и охлаждения поверхности мишени однократным лазерным импульсом может быть легко обобщен для случая, когда поверхность мишени прогревается последовательностью лазерных импульсов:

где tp – продолжительность импульса, tpp – интервал между импульсами, Tm – маскимальная поверхностная температура в конце единственного импульса, .

Можно видеть, что средняя поверхностная температура мишени пропорциональна максимуму Tm температуры поверхности, достигнутому в конце лазерного импульса в режиме с однократным импульсом, квадратному корню продолжительности импульса и частоте следования лазерных импульсов.

Дата добавления: 2014-01-11