通过电磁和部分微分方程模拟,形成和调节多脉冲的 femtosecond 激光诱导的周期性表面结构

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 表面工程是什么?表面工程是什么?
• 激光-物质相互作用 激光-物质相互作用

背景情况:

• 激光诱导周期性表面结构 (LIPSS) 是一种在激光照射后在各种材料上观察到的现象.
• 了解LIPSS的形成机制对于控制表面特性和开发新型应用至关重要.
• 合金,如Ti6Al4V,在苛刻的环境中被广泛使用,因此表面修饰技术很重要.

研究的目的:

• 在Ti6Al4V表面研究激光诱导周期性表面结构 (LIPSS) 的形成和演变.
• 分析多个femtosecond激光脉冲和不同激光能量密度对LIPSS发展的影响.
• 为了验证,将模拟结果与实验结果进行比较.

主要方法:

• 利用一组局部微分方程来建模电子和晶格温度变化.
• 将热模型与电场相结合,以模拟 femtosecond 激光物质相互作用.
• 进行单点激光扫描除实验进行比较分析.

主要成果:

• 模拟表明,随着激光脉冲的增加,从没有表面结构的过渡到LIPSS形成.
• 随着脉数量的增加,观察了从低空间频率LIPSS (LSFL) 到高空间频率LIPSS (HSFL) 的演变.
• 实验结果与模拟预测有很好的一致性.

结论:

• 五秒激光脉冲可以有效地诱导和控制LiPSS在Ti6Al4V上的形成.
• 激光脉冲的数量是确定LIPSS的类型和空间频率的一个关键参数.
• 开发的模拟模型准确地预测了LIPSS的演变,为表面工程提供了有价值的工具.