多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

胡德志，吴金随

(1.华北科技学院 机电工程学院，北京 东燕郊 065201；2.华北科技学院 理学院，北京 东燕郊 065201)

多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

胡德志1，吴金随2

(1.华北科技学院 机电工程学院，北京 东燕郊 065201；2.华北科技学院 理学院，北京 东燕郊 065201)

为了提高飞秒激光微加工的精度，研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理。以铜靶为例，利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解，得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律。结果表明：在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构，使激光的反射率下降，导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降。这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象。同时，它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中，我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工。

双温方程；反射率；烧蚀阈值；时域有限差分法；电声弛豫时间

0 引言

随着宽带可调谐激光晶体和自锁模技术的出现，飞秒激光技术得到突飞猛进的发展[1,2]。飞秒激光具有极短的脉冲宽度、极高的峰值功率和极宽的光谱范围，在强场激光物理、超快化学动力学、微结构材料科学和生命科学等不同领域有着广泛应用[3-7]。在激光微加工领域，飞秒激光具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低的特点，但是多脉冲飞秒激光和物质作用过程中前一个飞秒脉冲作用后，对下一个飞秒脉冲烧蚀阈值的影响是如何产生的有待深入研究。……