Инд. авторы:	Чирков Д.В., Булгакова Н.М., Жуков В.П.
Заглавие:	Численное моделирование нагрева металлической мишени фемтосекундными лазерными импульсами в присутствии газа
Библ. ссылка:	Чирков Д.В., Булгакова Н.М., Жуков В.П. Численное моделирование нагрева металлической мишени фемтосекундными лазерными импульсами в присутствии газа // Вычислительные технологии. - 2008. - Т.13. - № 8. - С.21-37. - ISSN 1560-7534. - EISSN 2313-691X.
Внешние системы:	РИНЦ: 12448285;
Реферат:	rus: Представлены результаты численного моделирования теплообмена между металлической (платиновой) мишенью и фоновым газом (аргоном) при воздействии на мишень фемтосекундным импульсом лазерного излучения. Динамика газа описывается уравнениями Навье-Стокса, а нагрев металла - уравнением теплопроводности с учетом фазовых переходов. Показано, что пробой газа в фокусе лазерного луча с последующей теплопередачей от более горячего газа к мишени может объяснить эффект аномального нагрева металлических образцов, наблюдаемый экспериментально, причем в этом процессе существенную роль играет движение газа. В работе описан конечно-разностный алгоритм, с помощью которого решались уравнения, и проведен анализ физических процессов, происходящих при взаимодействии ультракороткого лазерного излучения с металлами в присутствии окружающего газа. eng: We present the results of numerical modeling of a thermal exchange between a metaltarget (platinum) and an ambient gas (argon) under the action of the femtosecondlaser pulses on the target. Dynamics of gas motion is described by the Navier-Stokesequations and the heating process is governed by the heat flow equation which takesthe phase transitions into account. It is shown that gas breakdown in the focus of thelaser beam leading to the subsequent heat transfer from the hot gas to the target canexplain the experimentally observed effect of an abnormal heating of the metal targets.A finite-difference algorithm for solving the problem is described and we present theanalysis of the physical processes which take place under the interaction of the ultrashort laser pulses with metals in the presence of the ambient gas.
Издано:	2008
Физ. характеристика:	с.21-37
Цитирование:	1. Chichkov B.N., Momma С, Nolte S. et al. Femtosecond, picosecond and nanosecondlaser ablation of solids // Appl. Phys. A. 1996. Vol. 63. P. 109-115. 2. Margetic V., Pakulev A., Stockhaus A. et al. A comparison of nanosecond andfemtosecond laser-induced plasma spectroscopy of brass samples // Spectrochim. Acta B. 2000.Vol. 55. P. 1771-1785. 3. Le Harzic R., Huot N., Audouard E. ET ет аl. Comparison of heat-affected zones due tonanosecond and femtosecond laser pulses using transmission electronic microscopy // Appl.Phys. Lett. 2002. Vol. 80. P. 3886-3888. 4. Feng Q., Picard Y.N., Liu H., Yalisove S.M., Mourou G., Pollock T.M.Femtosecond laser micromachining of a single-crystal superalloy // Scripta Material. 2005.Vol. 53. P. 511-516. 5. VOROBYEV A.Y., Guo C. Direct observation of the enhanced residual thermal energy couplingto solids in femtosecond laser ablation // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 86. P. 011916-1-011916-3. 6. Vorobyev A.Y., Guo С. Enhanced energy coupling in femtosecond laser-metal interactionsat high intensities // Opt. Express. 2006. Vol. 14. P. 13113-13119. 7. Vorobyev A.Y., Kuzmichev V.M., Kokody N.G. et al. Residual thermal effects in Alfollowing single ns- and fs-laser pulse ablation // Appl. Phys. A. 2006. Vol. 82. P. 357-362. 8. Барчуков А.И., Бункин Ф.В., Конов В.И., Прохоров A.M. Низкопороговый пробойвоздуха вблизи мишени излучением СОг-лазера и связанный с ним высокий импульсотдачи // Письма в ЖЭТФ. 1973. Т. 17, № 8. С. 413-415. 9. PIRRl A.N., ROOT R.G., Wu P.K.S. Plasma energy transfer to metal surfaces irradiated bypulsed lasers // AIAA J. 1978. Vol. 16. P. 1296-1304. 10. McKay J.A., Bleach R.D., Nagel D.J. et al. Pulsed-C02-laser interaction withaluminium in air: Thermal response and plasma characteristics // J. Appl. Phys. 1979. Vol. 50.P. 3231-3240. 11. Кабашин А.В., Никитин П.И., Марине В., Сентис М.Л. Электрические поля лазерной плазмы при оптическом пробое воздуха вблизи различных мишеней // Квантоваяэлектроника. 1998. Т. 25, № 1. С. 26-30. 12. Агеев В.П., Барчуков А.И., Бункин Ф.В. и др. Нагрев металлов излучением импульсного СС2-лазера // Квантовая электроника. 1979. Т. 6, № 1. С. 78-85. 13. Мао S.S., МАО X., Greif R., RUSSO R.E. Dynamics of an air breakdown plasma on a solidsurface during picosecond laser ablation // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 31-33. 14. Климентов С.М., Кононенко Т.В., Пивоваров П.О. и др. Роль плазмы в абляцииматериалов ультракороткими лазерными импульсами // Квантовая электроника. 2001.Т. 31, № 5. С. 378-382. 15. Ireland C.L.M., Morgan C.G. Gas breakdown by a short laser pulse // J. Phys. D: Appl.Phys. 1973. Vol. 6. P. 720-729. 16. Bulgakova N.M., Zhukov V.P., Vorobyev A.Y., Guo Сн. Modeling of residual thermaleffect in femtosecond laser ablation of metals: role of gas environment // Appl. Phys. A. 2008.in press, DOI 10.1007/s00339-008-4568-l. 17. Федорук М.П., Березин Ю.А. Моделирование нестационарных плазменных процессов.Новосибирск: Наука, 1993. 18. Калиткин Н.Н., Альшин А.Б., Альшина Е.А., Рогов Б.В. Вычисления на квази-равномерных сетках. М.: Физматлит, 2005. 19. Жуков В.П. Конечно-разностная схема для решения двухжидкостных МГД-уравненийв цилиндрической системе координат // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 2005.Т. 45, № 1. С. 156-169.