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1、分子动力学激光加工学习笔记飞秒激光，飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，简称 fs，是标衡时间长短的一种计量单位，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。飞秒激光的特点1、飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲，它的精确度是 5 微米；2、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多出上百倍；3、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都会变成等离子体；4、飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域；5、用飞秒激光进行手术，没有热
2、效应和冲击波，在整个光程中都不会有组织损伤。超短激光蚀除金属机制的分子动力学研究超短激光蚀除金属机制的分子动力学研究以单晶 Ni 为研究对象，采用耦合了电子热传导方程的分子动力学方法，研究了飞秒激光辐照下金属 Ni 的熔化及蚀除动力学。建立了较为完善的分子动力学仿真模型，不仅考虑了激光能量的吸收方式、电子热传输及电子-晶格间的能量交换, 而且对底部边界进行了特殊处理, 采用简单而有效的速度减幅技术在保证有效蚀除的同时，又完全避免了靶材底部断裂的发生。深入研究了激光诱导过程中的热传输、熔化及蚀除现象，并分析了超短脉冲作用下的蚀除机制。步骤：建立初始模型，原子间相互作用势 U 采用 Morse 势
3、其表达形式为U(rij) = D exp -2a( rij - r0) - 2exp -a( rij - r0) 式中：D 为结合能；a 为常数； r0为平衡距离；rij为原子 i 和 j 的间距。在模拟中, 这些参数分别取为 0.420 5 eV，14.199/nm,，0.278 nm。在金属中, 激光能量被自由电子吸收, 从而引起自由电子中的温度梯度及电子与晶格之间的温度差, 使吸热区域进入非平衡状态。双温模型是描述超短激光作用下金属靶材内部电子和晶格温度演化动力学的主要模型。266 nm 飞秒激光烧蚀单晶硅的分子动力学模拟飞秒激光烧蚀单晶硅的分子动力学模拟飞秒激光以其在加工过程中热效应小
4、、精度高、加工速度快等特点成为微细加工的理想工具。还没有系统的理论解释飞秒激光与物质的相互作用机制。激光与物质相互作用是一个复杂的过程, 在分子动力学研究中通常采用简化模型。本文采用/x-分区 0 模型, 对 100 fs 的 266 nm 激光烧蚀单晶硅的过程进行了分子动力学模拟, 总结光强分别为 400 GW/ cm2(原始吸收系数)和 100 GW/ cm2(吸收系数被人为地放大 10 倍) 两个算例的计算结果, 得出以下结论：( 1) 材料被烧蚀。烧蚀过程自缺陷的产生开始, 由缺陷的最终发展导致。激光辐照后, 材料中的能量梯度导致材料的最终烧蚀形貌明显地分为晶体区、熔化区和烧蚀区。三个区域中的原子分别以固体、液体和气体原子的运动特征运动。( 2) 激光作用在靶材料中产生应力波, 其传播速度为 8.18 km/s。在误差允许的范围内，可以认为该应力波以晶体硅沿(100)方向的声速传播。尽管如此，由于相互作用模型简单、材料尺寸受限，以上模拟还属定性研究。今后的工作将在相互作用模型的改进、更高效算法的建立以及吸收边界的处理等方面开展。分子动力学在研究激光蚀除机制中的应用进展分子动力学在研究激光蚀除机制中的应用进展
