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数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

陈安民 高勋 姜远飞 丁大军 刘航 金明星

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数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

陈安民, 高勋, 姜远飞, 丁大军, 刘航, 金明星

Numerical simulation of femtosecond laser heating of metal films using electron thermal emission

Chen An-Min, Gao Xun, Jiang Yuan-Fei, Ding Da-Jun, Liu Hang, Jin Ming-Xing
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  • 研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发,接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞
    The whole process of the electron thermal emission by ultrafast pulsed laser is studied in the paper. When an ultra-short laser pulse interaction with the target film, first of all, the incident laser excites free electrons within the absorption depth, next, electron energy is transferred to nearby lattice through the heat transfer systems of the free electron and lattice, and by the thermal coupling between the electron and the lattice, the energy is delivered to the internal material. Therefore, in a short period of ps and shorter, the energy coupling of the electron and lattice can not be established. So that the electron temperature is much higher than the lattice temperature, the electron thermal emission becomes apparent. The characteristics of thermionic emission of the films during ultrashort pulse laser ablation are investigated using two-temperature model coupled with the Richardson-Dushman equation. It is found that electron thermal emission can significantly change the development of electron and lattice temperatures, meanwhile, the film thickness and laser fluence directly affect electron thermal emission.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10534010)资助的课题.
    [1]

    Nolte S, Momma C, Jacobs H 1997 J. Opt. Soc. Am. B 14 2716

    [2]

    Bulgakova N M 2004 Phys. Rev. B 69 54102

    [3]

    Gu Y Q, Cai D F, Zheng Z J, Yang X D, Zhou W M, Jiao C Y, Chen H, Wen T S, Chunyu S T 2005 Acta Phys. Sin. 54 186 (in Chinese)[谷渝秋、蔡达锋、郑志坚、杨向东、周维民、焦春晔、陈 豪、温天舒、淳于书泰 2005 物理学报54 186]

    [4]

    Xu M H, Liang T J, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2357 (in Chinese) [徐妙华、梁天骄、张 杰 2006物理学报55 2357]

    [5]

    Li K, Li Y T, Zhang J, Yuan X H, Xu M H, Wang Z H, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5909 (in Chinese) [李 昆、李玉同、张 军、远晓辉、徐妙华、王兆华、张 杰 2006物理学报 55 5909]

    [6]

    Huang W Z, Li Y T, Xiong Y, Zhang S G, Wen X L, Hong W, Gu Y Q, Wen T S, He Y L 2008 Acta Phys. Sin. 57 111 (in Chinese) [黄文忠、李玉同、熊 勇、张双根、温贤伦、洪 伟、谷渝秋、温天舒、何颖玲 2008物理学报 57 111]

    [7]

    Corkum P B, Brunel F, Sherman N K 1988 Phys. Rev. Lett. 61 2886

    [8]

    Zhigilei L V, Lin Z B, Ivanov D S 2009 J. Phys. Chem. C 113 11892

    [9]

    Cheng J, Perrie W, Sharp M, Edwardson S P 2009 Appl. Phys. A 95 739

    [10]

    Gan Y, Chen J K 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201116

    [11]

    Hu D Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1077 (in Chinese) [胡德志 2009 物理学报 58 1077]

    [12]

    Allen P B 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1460

    [13]

    Wang X Y, Riffe D M, Lee Y S 1994 Phys. Rev.B 50 8016

    [14]

    Huang J, Zhang Y W, Chen J K 2009 Appl. Phys. A 95 643

    [15]

    Qiu T Q, Tin C L 1993 J. Heat Trans. 115 835

    [16]

    Unal A A, Stalmashonak A, Seifert G, Graener H 2009 Phys. Rev.B 79 115411

    [17]

    Chen J K, Beraun J E 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 168

    [18]

    Kim J, Na S 2007 Opt. Laser Technol. 39 1443

    [19]

    Yang J J, Liu W W, Zhu X N 2007 Chin. Phys. 16 2003

    [20]

    Tang J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 11901

    [21]

    Tai P T, Yu P, Tang J 2009 J. Phys. Chem. C 113 15014

    [22]

    Smith A L, Breitwieser R 1970 J. Appl. Phys. 41 436

    [23]

    Jiang L, Tsai H L 2006 J. Appl. Phys. 100 23116

    [24]

    Jiang L, Tsai H L 2005 J. Heat Trans.127 1167

    [25]

    Christensen B H, Vestentoft K, Balling P 2006 Appl. Surf. Sci. 253 6347

  • [1]

    Nolte S, Momma C, Jacobs H 1997 J. Opt. Soc. Am. B 14 2716

    [2]

    Bulgakova N M 2004 Phys. Rev. B 69 54102

    [3]

    Gu Y Q, Cai D F, Zheng Z J, Yang X D, Zhou W M, Jiao C Y, Chen H, Wen T S, Chunyu S T 2005 Acta Phys. Sin. 54 186 (in Chinese)[谷渝秋、蔡达锋、郑志坚、杨向东、周维民、焦春晔、陈 豪、温天舒、淳于书泰 2005 物理学报54 186]

    [4]

    Xu M H, Liang T J, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2357 (in Chinese) [徐妙华、梁天骄、张 杰 2006物理学报55 2357]

    [5]

    Li K, Li Y T, Zhang J, Yuan X H, Xu M H, Wang Z H, Zhang J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5909 (in Chinese) [李 昆、李玉同、张 军、远晓辉、徐妙华、王兆华、张 杰 2006物理学报 55 5909]

    [6]

    Huang W Z, Li Y T, Xiong Y, Zhang S G, Wen X L, Hong W, Gu Y Q, Wen T S, He Y L 2008 Acta Phys. Sin. 57 111 (in Chinese) [黄文忠、李玉同、熊 勇、张双根、温贤伦、洪 伟、谷渝秋、温天舒、何颖玲 2008物理学报 57 111]

    [7]

    Corkum P B, Brunel F, Sherman N K 1988 Phys. Rev. Lett. 61 2886

    [8]

    Zhigilei L V, Lin Z B, Ivanov D S 2009 J. Phys. Chem. C 113 11892

    [9]

    Cheng J, Perrie W, Sharp M, Edwardson S P 2009 Appl. Phys. A 95 739

    [10]

    Gan Y, Chen J K 2009 Appl. Phys. Lett. 94 201116

    [11]

    Hu D Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1077 (in Chinese) [胡德志 2009 物理学报 58 1077]

    [12]

    Allen P B 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1460

    [13]

    Wang X Y, Riffe D M, Lee Y S 1994 Phys. Rev.B 50 8016

    [14]

    Huang J, Zhang Y W, Chen J K 2009 Appl. Phys. A 95 643

    [15]

    Qiu T Q, Tin C L 1993 J. Heat Trans. 115 835

    [16]

    Unal A A, Stalmashonak A, Seifert G, Graener H 2009 Phys. Rev.B 79 115411

    [17]

    Chen J K, Beraun J E 2003 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 5 168

    [18]

    Kim J, Na S 2007 Opt. Laser Technol. 39 1443

    [19]

    Yang J J, Liu W W, Zhu X N 2007 Chin. Phys. 16 2003

    [20]

    Tang J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 11901

    [21]

    Tai P T, Yu P, Tang J 2009 J. Phys. Chem. C 113 15014

    [22]

    Smith A L, Breitwieser R 1970 J. Appl. Phys. 41 436

    [23]

    Jiang L, Tsai H L 2006 J. Appl. Phys. 100 23116

    [24]

    Jiang L, Tsai H L 2005 J. Heat Trans.127 1167

    [25]

    Christensen B H, Vestentoft K, Balling P 2006 Appl. Surf. Sci. 253 6347

  • [1] 陆云杰, 陶弢, 赵斌, 郑坚. 激光烧蚀固体碳氢材料的离子组分分离研究. 物理学报, 2023, 72(7): 075201. doi: 10.7498/aps.72.20230013
    [2] 叶浩, 黄印博, 王琛, 刘国荣, 卢兴吉, 曹振松, 黄尧, 齐刚, 梅海平. 激光烧蚀-吸收光谱测量铀同位素比实验研究. 物理学报, 2021, 70(16): 163201. doi: 10.7498/aps.70.20210193
    [3] 王丹, 贺永宁, 叶鸣, 崔万照. 金纳米结构表面二次电子发射特性. 物理学报, 2018, 67(8): 087902. doi: 10.7498/aps.67.20180079
    [4] 白清顺, 张凯, 沈荣琦, 张飞虎, 苗心向, 袁晓东. 单晶铁金属表面污染物的激光烧蚀机理. 物理学报, 2018, 67(23): 234401. doi: 10.7498/aps.67.20180999
    [5] 罗乐乐, 窦志国, 叶继飞. 掺杂红外染料聚叠氮缩水甘油醚工质激光烧蚀推进性能优化探索. 物理学报, 2018, 67(18): 187901. doi: 10.7498/aps.67.20180479
    [6] 蔡颂, 陈根余, 周聪, 周枫林, 李光. 脉冲激光烧蚀材料等离子体反冲压力物理模型研究与应用. 物理学报, 2017, 66(13): 134205. doi: 10.7498/aps.66.134205
    [7] 段兴跃, 李小康, 程谋森, 李干. 激光烧蚀掺杂金属聚合物羽流屏蔽特性数值研究. 物理学报, 2016, 65(19): 197901. doi: 10.7498/aps.65.197901
    [8] 康小卫, 陈龙, 陈洁, 盛政明. 大气环境下飞秒激光对铝靶烧蚀过程的研究. 物理学报, 2016, 65(5): 055204. doi: 10.7498/aps.65.055204
    [9] 李干, 程谋森, 李小康. 激光烧蚀聚甲醛的热-化学耦合模型及其验证. 物理学报, 2014, 63(10): 107901. doi: 10.7498/aps.63.107901
    [10] 刘慎业, 黄翼翔, 胡昕, 张继彦, 杨国洪, 李军, 易荣清, 杜华冰, 丁永坤. 高强度二倍频激光辐照银薄膜靶的烧蚀和X光辐射实验研究. 物理学报, 2013, 62(3): 035202. doi: 10.7498/aps.62.035202
    [11] 虞洋, 赵永涛, 王瑜玉, 王兴, 程锐, 周贤明, 李永峰, 刘世东, 雷瑜, 孙渊博, 曾利霞. 近玻尔速度Ne2+离子穿过碳膜引起的电子发射. 物理学报, 2013, 62(15): 157901. doi: 10.7498/aps.62.157901
    [12] 常浩, 金星, 陈朝阳. 纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟. 物理学报, 2013, 62(19): 195203. doi: 10.7498/aps.62.195203
    [13] 包凌东, 韩敬华, 段涛, 孙年春, 高翔, 冯国英, 杨李茗, 牛瑞华, 刘全喜. 纳秒紫外重复脉冲激光烧蚀单晶硅的热力学过程研究. 物理学报, 2012, 61(19): 197901. doi: 10.7498/aps.61.197901
    [14] 王建国, 徐忠锋, 赵永涛, 王瑜玉, 李德慧, 赵迪, 肖国青. 反冲原子对低速离子轰击Si表面时电子发射产额的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7803-7807. doi: 10.7498/aps.59.7803
    [15] 张琳丽, 徐卓, 冯玉军, 盛兆玄. 负脉冲激励下PLZST电子发射特征及发射机理研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4249-4253. doi: 10.7498/aps.58.4249
    [16] 盛兆玄, 冯玉军, 黄 璇, 徐 卓, 孙新利. 反铁电陶瓷的强电子发射特性研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4590-4595. doi: 10.7498/aps.57.4590
    [17] 黄庆举. 激光烧蚀金属Al诱导发光的动力学研究. 物理学报, 2008, 57(4): 2314-2319. doi: 10.7498/aps.57.2314
    [18] 郑新亮, 李广山, 钟寿仙, 田进寿, 李振红, 任兆玉. 激光烧蚀对碳纳米管薄膜场发射性能的影响. 物理学报, 2008, 57(12): 7912-7918. doi: 10.7498/aps.57.7912
    [19] 成金秀, 郑志坚, 陈红素, 缪文勇, 陈 波, 王耀梅, 胡 昕. 1.06μm 激光直接驱动烧蚀靶内爆压缩特性. 物理学报, 2004, 53(10): 3419-3423. doi: 10.7498/aps.53.3419
    [20] 卢励吾, 张砚华, 徐遵图, 徐仲英, 王占国, J.Wang, WeikunGe. 快速热处理对应变InGaAs/GaAs单量子阱激光二极管电子发射和DX中心的影响. 物理学报, 2002, 51(2): 367-371. doi: 10.7498/aps.51.367
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-09-24
  • 修回日期:  2010-01-06
  • 刊出日期:  2010-05-05

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