单脉冲烧蚀产生激光诱导周期表面结构的机制
材料科学
2017-12-13 v1
摘要
超短偏振激光脉冲的显著能力之一是产生激光诱导周期表面结构（LIPSS）。该现象的起源主要归因于入射激光波与表面电磁波的干涉所产生的周期性吸收图样。尽管通常 LIPSS 是通过在多脉冲表面熔融与再凝固 regime 下对同一区域重复辐照产生的，但近期报道表明在远高于烧蚀阈值的激光注量下，单脉冲辐照 regime 中也能形成 LIPSS。本文报道大规模分子动力学模拟的结果，旨在揭示单脉冲烧蚀 LIPSS 形成的机制。对 Cr 靶的模拟揭示了在空间调制烧蚀过程中材料去除与再分布的相互作用，导致在激光能量沉积极小值处瞬时形成延伸至靶表面上方约 600 nm 的细长液壁。液壁上部碎裂成液滴，而壁基在约 2 ns 时间尺度上凝固，产生延伸至初始靶表面上方约 100 nm 的冻结表面特征。由于熔融和再凝固过程的快速和高度非平衡性质，靶表面区域的特性被高密度位错和空位所改变。对 LIPSS 形成机制的深入理解有助于设计提高加工速度并改善激光图案化周期表面结构质量的方法。
引用
@article{arxiv.1712.04015,
title = {Mechanism of the single-pulse ablative generation of laser induced periodic surface structures},
author = {Maxim V. Shugaev and Iaroslav Gnilitskyi and Nadezhda M. Bulgakova and Leonid V. Zhigilei},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.04015},
year = {2017}
}
备注
21 pages, 6 figures