等离子体对小孔吸收入射激光能量过程的影响(2)
1.2 研究现状近年来，激光打孔设备技术不断进步，使得激光打孔技术的研究日益广泛，并取得了很大进展。2006 年德国科学家 K.Walther等[1]通过将双脉冲激光进行叠加对不锈钢进行打孔，进一步提高了打孔效率。新加坡的 K.Venkatakrishnan 等学者[2-3]作了飞秒激光切割金薄膜和硅片的研究，得出飞秒激光加工有两个过程，第一个是激光的能量密度在材料的去除阀值附近， 材料以气体或小颗粒的状态被去除；第二个过程当激光的能量密度在去除阀值之上，加工中可以看见材料的熔化状态，此状态下加工质量最差。我国的激光打孔技术发展也比较快，长春理工大学的苏拾等人[4]作了不同波形的脉冲激光在打孔实验上的比较与分析，源]自{优尔·~论\文}网·www.youerw.com/ 结果表明多脉冲激光打孔不但减少了熔融物和等离子体的产生，而且降低了激光打孔对高能量的要求，获得的小孔质量优于单脉冲激光打孔。天津工业大学激光技术研究所的汪刚等人[5]介绍了利用短脉冲激光制备金属膜的前期工作，在激光打孔技术和膜技术基础上，展望了未来激光制备多孔金属膜的发展前景。王晓东等人[6]为了提高纳秒短脉冲激光微孔制备的加工效率，采用了一种新颖的双脉冲方法，将激光器产生的普通纳秒脉冲变换为具有几十纳秒脉冲时间间隔的双脉冲序列，对不锈钢试件进行打孔实验，与传统单脉冲打孔结果对比发现， 在一定条件下双脉冲序列能将打孔烧蚀率提高一个数量级以上，实验中研究了脉冲能量、重复频率以及环境气体压力对双脉冲序列烧蚀率的影响，并将脉冲烧蚀率提高的原因归结为材料预加热、材料溶液的加速以及瞬时准真空环境，对各种机制分别进行了讨论。在 60 年代初期，人们就开始研究高功率激光在大气中产生的火花现象，并认为高强度的激光能使空气介质发生雪崩电离， 并从电子的增长等方面去解释了这种光学击穿现象。同时人们也开展了高功率激光与靶相互作用的研究，通过各种方法观测和测量了激光熔融、激光气化及激光等离子体现象，研究了等离子体的形成、激光支持的燃烧波、激光支持的爆轰波、等离子体对激光的屏蔽效应、靶冲量的传递以及靶材内部应力波和靶的热耦合等方面的问题。 当激光光束作用基体材料时， 随着激光参数(能量、 波长及脉宽等)， 材料特征和环境条件的不同，材料表面将会发生不同的物理现象。在中低激光功率密度作用下，材料表面发生的物理现象为加热(107～108W/m2) 和熔融(108～1010W/m2)等。由此可见，激光和物质之间的相互作用是很复杂的，所涉及的物理过程很多，理论上的描述和实验上的模拟都是个巨大而复杂的课题。但对这一过程的深入了解，会对更好地应用激光器有很大的帮助。由于激光与物质相互作用的复杂性，在早期的研究过程中，人们试图建立其各种简化模型，比如低维情况，简化边界条件等等，并使用各种近似，在经典电磁学的指导下， 使用传统的数理方程的方法， 在理论上探讨这个作用过程。 显然，这些近似的方法在简化问题的同时，也可能忽略了某些比较重要的因素，从而使理论预测的结果和实际情况会有一定的出入。但是，应当认识到，这种简化的模型对我们进一步的研究提供了很多信息。事实上，随着计算机技术的发展，人们采用了数值计算的方法来模拟这个作用过程。 数值计算方法可以满足实验中很难满足的条件，缩短实验方案的设计时间，计算结果与实际结果更为接近。其中有限元和有限差分法等数值模拟方法得到广泛的应用。