脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体膨胀数值模型与实验研究

摘要：

脉冲激光烧蚀青铜过程中,青铜吸收激光能量形成等离子体,等离子体会膨胀离开材料表面.依据等离子体膨胀物理过程,采用泊松分布,建立等离子体膨胀空间浓度分布方程、膨胀压力方程与动力学模型.应用模型数值分析了脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体膨胀特性,得到等离子体膨胀尺度值在X、Y与Z方向约为4.2×10-4 m,3.8×10-4 m,1.00×10-3 m;计算了等离子体的最大浓度约为1.229 4×1022 m-3;激光透射率约为100％,等离子体屏蔽效应低.开展脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮实验,采用光栅光谱仪测量了等离子体空间发射光谱,计算了等离子体电子温度的值约为:675 3 K、等离子体电子密度值范围约为:1.159 3×1016 cm-3～1.925 1×1016 cm-3.实验表明相关条件下,脉冲激光烧蚀青铜等离子体浓度低,同时数值仿真值在实验测量范围内,验证等离子体膨胀模型的正确性和可行性,为后续等离子体研究提供理论指导和优化.

关键词：激光烧蚀、等离子体模型、青铜材料、激光透射率、数值分析

所属期刊栏目：40

分类号：O436(光学)

资助基金：国家自然科学基金;中国博士后科学基金;湖北省自然科学基金;湖南省自然科学基金;湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队项目

在线出版日期：2021-03-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：890-900