利用质量连续性、动量守恒和能量守恒这三个基本方程,研究高能脉冲激光照射块状靶材产生等离子体的物理特性。采用差分法和Pichard迭代法,求解带特定边界条件的流体力学三方程,得出已喷射等离子体的温度、密度和速度的分布的迭代方程,并用计算机进行了数值模拟。

的等离子体羽辉。图3(b)给出了烧蚀面附近的温度随时间的演化关系其中,Tv是KTN陶瓷靶材的气化温度,约为3600K。从图中可以看出,温度的变化有一个转折点,且前段时间温度上升极其缓慢,即温度变化范围很小,后段时间温度则是迅速下降,这一点与文献[4]的分析结果符合较好,即等离子体的膨胀过程可近似分为等温和绝热两阶段。这是因为,在脉冲激光作用过程中,喷射出的等离子体一边迅速膨胀使得等离子体的温度要下降,但同时等离子体还继续吸收激光的后续能量,两个效果相互补偿趋于平衡,从而等离子体在该过程中是等温膨胀。而脉冲激光作用完毕后,等离子体则是真空自由绝热膨胀。另外,因图3b给出烧蚀面附近等离子体温度随时间的演化,这对继续研究固液相的各个动态界面的物理性质和整个非平衡态的热输运过程是很有意义的。

6　结　论

　　初步建立了脉冲激光烧蚀块状靶材的理论模型,并根据流体力学理论,利用质量守恒、动量守恒以及能量守恒方程和适当的边界条件,采用差分法和Pichard迭代法,推导出了脉冲激光烧蚀块状靶材产生等离子体的温度,密度和速度分布的迭代方程;用计算机对脉冲激光产生等离子体的一些性质进行了数值模拟计算,得出等离子体的任意时刻的速度分布以及烧蚀面附近等离子体的温度和密度随时间的演化,并将模拟的结果与实验现象及前人的结果进行了分析和比较,得出一些有意义的结论;模拟计算的结果为后续研究固液相的各个动态界面的物理性质和整个非平衡态的热输运过程提供了理论基础,为将来开辟新的脉冲激光应用领域提供了理论指导。

参考文献:

[1]　VenkatesanT.ObservationoftwodistinctcomponentsduringpulsedlaserdepositionofhighTcsuperconductingfilms[J].Appl

PhysLett,1988,52(14):1193.

[2]　FoltynSR,Ti.PulsedlaserdepositionofthickYBa2Cu3O7-xfilmswithJc>1MA wariP,DyeRC,etalcm2[J].ApplPhys

Lett,1993,63:1848.

[3]　SinghRK,NarayanJ.Pulsed2laserevaporationtechniquefordepositionofthinfilms:physicsandtheoricalmodel[J].PhysRev

B,1990,41(13):884328859.

[4]　DeGrootJS,CameronSM,MizunoK.Densityandtemperatureprofilesinstronglyabaorbingplasmawithdistributedabsorption

[J].PhysFluidsB,1991,3(5):124121244.

[5]　SinghK,NarayanJ.Anovelmethodforsimulatinglaser2solidinteractionsinsemiconductorsandlayeredstructures[J].Materials

ScienceandEngineer,1989,B3:2172230.

[6]　郑启光,辜建辉.激光与物质的相互作用[M].武汉:华中科技大学出版社,1991.

[ZhengQG,GuJH.Interactionoflaserandmatter.Wuhan:HuazhongUniversityofScienceandTechnologyPress,1991](inChinese)

[7]　ChenXY,WuZC,YangB,etal.Fourregionsofthepropagationoftheplumeformedinpulsedlaserdepositionbyoptical2wave

length2sensitiveCCDphotography[J].ThinSolidFilm,2000,375:2332237.

[8]　张端明,李智华,黄明涛,等.脉冲激光烧蚀块状靶材的双动态界面研究[J].物理学报,2001,50:9142920.

[ZhangDM,LiZH,HuangMT,et.al.Studyonthetwinmotiveinterfacesofbulktargetgeneratedbypulsedlaser.ChinesePhysics,2001,50:9142920](inChinese)

[9]　陈中军,张端明,李智华,等.脉冲激光沉积KTN薄膜的动力学过程模拟[J].华中科技大学学报,2000,28(5):92294.

[ChengZJ,ZhuangDM,LiZH,et.al.SimulationofthedynamicdepositionprocessofKTNthinfilmbypulsedlaser.JournalofHuazhongUniversityofScienceandTechnology,2000,28(5):92294](inChinese)

Modifythedynamicprocessofthebulktarget’splasmaplume

generatedbypulsedlaser

ZHONGZhi2cheng,　LIZhi2hua,　ZHANGDuan2ming,　GUANLi

(ThePhysicalDepartment,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)

　　Abstract:　Theplasmacharacteristicsofthebulktargetirradiatedbypulselaserisstudiedindetail,andthetheoreticalmodelofpulsed2laser2drivenablationissetupaccordingly.Inaddition,thevelocitydistributionoftheplasmaisdiscussed.Moreover,theplasmadensityandtemperatureneartheablatingsurfaceasthefunctionoftimearediscussedrespectivelybyusinghydrodynamictheoryandtheheatconductionequation.Atthesametime,our

.theoreticalresultsarecomparedwithourexperimentsandotherauthors’conclusions

　　Keywords:　bulktarget;pulsedlaser;plasma;ablationsurface;hydrodynamictheory