超短脉冲辐照下金膜的超快热弹性力学响应
徐攀，李兴国
（四川大学锦江学院电于信息工程系，四川彭山620860）
UltrafastThermoelasticityEffect of Gold Film Heated byFemtosecond PulseLasers
XU Pan,LI Xing = guo
(Department School of Electronics and Information Engineering, Sichuan University Jinjiang College ,Pengshan 620860,China)
摘要：从热力耦合模型出发，对热电子崩力进行初步分析研究。得出结论：在超短脉冲的超急速加热过程中，对光学材料造成根本损伤的为非热损伤。
关键词：超快热弹性模型：热电子崩力：金属薄膜
中图分类号：0437；TN241 文献标识码：A
文章编号：10012257(2010)7(1)-0125-03 Abstract : This paper extends ultra fast thermo
elasticity model to investigate the defomation in metal films subjected to ultrashort laser heating. The results indicated that the major driving force for the non thermal damage is non - thermal( high stress)
Key words : ultra fast thermo elasticity model ;
Hot -electron blastforce;metal film 0引言
由于飞秒脉冲激光的脉宽极短，很容易达到高峰值功率，因此在近几年，飞秒脉冲激光在物质微加工中的应用受到了广泛的关注。激光对物质的损伤主要由热损伤（熔融）和非热的损伤（高压）。由于我们所研究对象的特殊性，使得传热机制非常的复杂。由于波长效应以及尺寸效应、累积效应(1)等，，短脉冲激光对光学薄膜的损伤主要是非热的损伤。造成非热损伤的主要原因是由非平衡态热电子引起的热电子崩力。本文利用超快热弹性模型，研究了飞秒脉冲烧蚀金膜时热电子崩力以及热应力的变化情况，得出结论：在超短脉冲的超急速加热过程中，对光学材料造成根本损
收稿日期：201004-23
《机械与电子)2010.7(1)
伤的为非热损伤。计算模型 1
虽然很多理论力图描述超短脉冲与物质相互作用的，但是大部分人都把重点放在热的传播上。在双曲两步热传导模型以及热电子期力模型基础上，考虑到超快脉冲激光辐照金属薄膜时引起的应变速率与晶格温度之间的耦合效应以及非平衡加热阶段热电子崩力与经典热应力的耦合，建立了用于描述超短激光引起的热机械效应的超快热弹性模型(2)。本文以均匀激光束辐照金薄膜为例。超快畸变发生在很短时间内，我们认为在垂直与厚度方向上的热传播和晶格畸变没有立即发生。因此，热传播过程中机械应力可以看成是维而不是三维的。同样，金属薄膜的高速的反应产生的冲击波也认为是一维的。
下面是在一维压力的条件下的完全耦合的方程(3)：
c.(T,) --g
-G(T, T,) +Q(=,t)
2e-e
(1)
aq.
aT,
+q, = K. e'
az
(2)
C.(T,) = -++G(T, -T.) -(3A +2μ)aT,e
92
(3)
aT,
aq
+9: = K, e
as
au
(3A+2μ)α a"u
aT
=(+2μ) ar?
az
+24.t
·125
(4)(5)