毫秒激光与硅靶相互作用靶材后表面温度的干涉法测量

摘要

研究了毫秒激光与硅靶相互作用后表面的蒸气速度和后表面温度变化。由实验得到了脉宽为1 ms、能量密度为5.82×10~3J/cm^2的激光与厚度为0.3 mm的硅靶相互作用过程的序列干涉图。观察该序列干涉图发现,激光辐射466μs时,硅靶的前表面和后表面均产生了气化现象;激光作用699μs后,硅靶的前表面和后表面均有液态喷溅物出现。通过相邻两幅干涉图的干涉条纹位置变化及时间间隔,计算得到了激光辐射466~699μs时后表面蒸气的膨胀速度为20.47±0.08 m/s。根据Rankine-Hugoniot关系、气体动力学理论以及Knudsen层的质量、动量、能量守恒方程,计算得到硅靶后表面附近的蒸气压强。考虑物质蒸气压强满足克拉伯龙—克劳修斯方程,计算得到激光作用466~699μs时硅靶后表面的平均温度为3551.2±2 K,计算结果与文献基本吻合。最后,根据计算的温度分析了熔融喷溅的产生机理。