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Melting and thermal ablation of a silver film induced by femtosecond laser heating: A multiscale modeling approach

机译：飞秒诱导银膜熔化和热消融   激光加热：多尺度建模方法

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摘要

The femtosecond laser pulse heating of silver film is investigated byperforming quantum mechanics (QM), molecular dynamics (MD) and two temperaturemodel (TTM) integrated multiscale simulation. The laser excitation dependentelectron thermophysical parameters (electron heat capacity, electron thermalconductivity, and effective electron-phonon coupling factor) are determinedfrom ab initio QM calculation, and implemented into TTM description of electronthermal excitation, heat conduction, as well as electron-phonon coupled thermalenergy transport. The kinetics of atomic motion is modeled by MD simulation.Energy evolution of excited electron subsystem is described by TTM incontinuum. The MD and TTM are coupled by utilizing the effectiveelectron-phonon coupling factor. Laser heating with varying laser fluence issystematically studied to determine the thresholds of the homogeneous meltingand ablation. The thermal ablation induced by faster expansion of locally andexcessively superheated silver is reported. This paper provides a basis forinterpreting the phase change process induced by laser heating, and facilitatesthe advancement of femtosecond laser pulse processing of material.
机译：通过执行量子力学（QM），分子动力学（MD）和两个温度模型（TTM）集成多尺度模拟研究了飞秒激光脉冲加热银膜。激光激发相关的电子热物理参数（电子热容量，电子热导率和有效的电子-声子耦合因子）是从头算QM计算得出的，并已实现为电子热激发，热传导以及电子-声子耦合热能传输的TTM描述。原子运动的动力学通过MD模拟进行建模。激发电子子系统的能量演化通过TTM连续谱描述。通过利用有效的电子-声子耦合因子来耦合MD和TTM。系统研究了具有不同激光注量的激光加热，以确定均匀熔化和烧蚀的阈值。据报道，由于局部和过度过热的银的更快膨胀而引起的热烧蚀。本文为解释激光加热引起的相变过程提供了依据，并促进了飞秒激光材料脉冲处理的发展。

著录项

  • 作者

    Ji, Pengfei; Zhang, Yuwen;

  • 作者单位
  • 年度 2017
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