обратный поток частиц при импульсной лазерной абляции

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Институт теплофизики СО РАН им. С.С. Кутателадзе А. А. Морозов ОБРАТНЫЙ ПОТОК ЧАСТИЦ ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ Препринт № 290-03 Новосибирск, 2003 1 УДК 533.6.011.8 Обратный поток частиц при импульсной лазерной абляции / А. А. Морозов – Новосибирск, 2003, 36 с. (Препринт / РАН. Сиб. Отделение. Ин-т теплофизики; № 290-03) Представлены результаты численного исследования на основе прямого статистического моделирования процесса разлета облака паров в результате импульсного лазерного облучения вещества. Получены данные по величине обратного потока к поверхности испарения, которые могут быть использованы для более корректной постановки граничных условий в модели энергообмена, описывающей поглощение лазерного излучения в мишени с нагревом и испарением вещества. Препринт предназначен для научных сотрудников и инженеров, работающих в области разреженной газовой динамики и лазерного взаимодействия с веществом. Back flux of particles by pulsed laser ablation / A. A. Morozov – Novosibirsk, 2003, 36 p. Based on the direct Monte Carlo simulation, results on numerical investigations of vapor cloud expansion as a consequence of pulse laser irradiation of matter are presented. Data on the back flux to the evaporation surface are obtained that could be used for more correct boundary condition consideration in the thermal model describing laser radiation absorption in the target with heating and evaporating matter. The preprint is designed for scientists and engineers working in area of rarefied gas dynamics and laser interaction with matter. 2 1. Статистическое моделирование импульсной лазерной абляции Процесс лазерной абляции твердых тел наносекундными импульсами умеренной интенсивности (1 – 10 Дж/см2) широко используется в современных технологиях, связанных с напылением пленок, обработкой поверхности, получением кластеров и т.д. [1 – 3]. Воздействие лазерного импульса приводит к образованию парогазового (пароплазменного) облака продуктов абляции, которое разлетается в вакуум или окружающий газ низкого давления. Методы прямого статистического моделирования (ПСМ) [4, 5] в различных вариациях и в комбинации с другими методами в течение последних 15 лет широко использовались для описания процесса импульсной лазерной абляции. При этом развитие вычислительной техники позволило перейти от модельных одномерных расчетов десорбции доли монослоев к двумерным и даже трехмерным расчетам с учетом внутренней структуры молекул и химических реакций для интенсивности испарения, соответствующей реальным экспериментам по напылению тонких пленок в фоновом газе. В последнее время наблюдается тенденция комбинирования ПСМ с другими методами (решение уравнений сплошной среды, молекулярная динамика, метод частиц в ячейках и т.д.) с целью расширить область применения данного подхода. Далее приведен краткий обзор основных работ, посвященных статистическому моделированию разлета продуктов лазерной абляции. Влияние столкновений между молекулами, десорбирующими с твердой поверхности, на образующееся угловое распределение и энергетический спектр для одного газа и для смеси рассматривалось п