第３４卷第２期 ２０１０年４月 南京理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉ“ｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２ ＡＤｒ．２０１０ 强脉冲激光烧蚀铝靶深度历史的蒸发凝结法模拟 王广安，章玉珠，陆 建，倪晓武 （南京理工大学理学院，江苏南京２１００９４） 摘要：为避免考虑强脉冲激光烧蚀过程涉及的复杂物理问题，提出一种用蒸发和凝结理论计 算烧蚀坑深度历史的方法。给出了一定靶面压力和温度历史下的烧蚀深度历史计算公式，分析 了脉冲宽度对计算准确度的影响。用该方法计算了脉宽为２０ ｎｓ，波长为１．０６ ｍ，峰值强度为 ５００ ＭＷ／ｃｍ 的脉冲激光烧蚀铝靶过程中光斑中心靶面烧蚀深度的历史，计算结果与文献符合 良好。激光脉宽越长，该计算方法越有效。 关键词：强脉冲激光；烧蚀；蒸发凝结法；脉宽；烧蚀深度历史 中图分类号：Ｏ ５５２．６；０ ５９ 文章编号：１００５—９８３０（２０１０）０２—０２５２—０５ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｄｅｐｔｈ ｏｆ ＡＩ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙ Ｉｎｔｅｎｓｅ Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ－ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ ＷＡＮＧ Ｇｕａｎｇ－ａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ—ｚｈｕ，ＬＵ Ｊｉａｎ，ＮＩ Ｘｉａｏ—ＷＵ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＮＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｅ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ，ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ ｏｆ ｅｖａｐｏｒａ－ ｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｉｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｐｏｒ ａｔ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｕｒｆａｃｅ，ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ａｂｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ａｂ－ ｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ａｔ ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｃｅｎｔｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ ａｔ １．０６ Ｉｘｍ ｗｉｔｈ ｐｕｌｓｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ２０ ｎｓ ａｎｄ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ５００ ＭＷ／ｃｍ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｌｏｎｇｅｒ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｈａｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｎｓｅ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ；ａｂｌａｔｉｏｎ；ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ—ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｐｕｌｓｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ；ｈｉｓ— ｔｏｒｙ ｏｆ ａｂｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ 短脉冲激光聚焦在固体靶材上加热并使靶面 以，研究激光烧蚀过程的物理机制和规律具有重 气化这一过程称为激光烧蚀…。激光烧蚀已广 泛用于薄膜生长、表面图案加工及医疗 ， ，所 收稿日期：２００８—０８—２０ 修回日期：２０１０一Ｏ１—１２ 要意义。当激光强度大于１００ ＭＷ／ｃｍ 时 Ｉ６ ， 蒸气羽与后续入射激光及反射光进一步作用发生 基金项目：国家自然科学基金（６０５７８０１５）；南京理工大学科研发展基金 作者简介：王广安（１９７４一），男，博士生，主要研究方向：激光与物质相互作用，Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｅｔａｌｎｊｕｓｔ＠ｍａｉｌ．ｎｊｕｓｔ． ｅｄｕ．ｃｎ；通讯作者：倪晓武（１９５５一），男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：激光与物质相互作 用，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｓｎｊｎｘｗ＠ｇｍａｉｌ．ＣＯＢ。 总第１７ｌ期 王广安章玉珠陆建倪晓武强脉冲激光烧蚀铝靶深度历史的蒸发凝结法模拟 ２５３ 击穿，形成等离子体。等离子体对入射激光又产 生吸收和屏蔽作用，也进一步影响整个烧蚀过程。 因此，固体靶烧蚀过程中涉及的高强度脉冲激光 相互作用更加复杂。 由于强激光烧蚀过程涉及的相互作用非常复 杂，单位激光能量蚀除质量的多少或烧蚀坑深度 的大小（即激光加工的效能），很难从理论上计算 出来。对于金属靶，表面气化一直是材料蚀除的 重要机制。烧蚀过程中，单位激光能量蚀除的气 化物的质量多少及其空间分布对于脉冲激光沉积 （ＰＬＤ）技术是至关重要的。Ｒ Ｊｏｒｄａｎ和Ｊ Ｇ Ｌｕｎ． ｎｅｙ用直接称量烧蚀前后靶重的方法得出蚀除质 量 Ｊ。Ｓ Ｂ Ｗｅｎ等人 研究了激光烧蚀中蒸气羽 的气体动力学过程，将计算出的外冲击波和接触 面处的喷溅物与实验结果相比较得出了蚀除质 量。Ｄ Ｚｈａｎｇ等人＿９ 考虑等离子体屏蔽效应，用 热流方程求出蒸发速度，通过对蒸发速度积分，得 到２个不同激光能流下靶的烧蚀深度的演化。Ｒ Ｅ Ｒｕｓｓｏ １０］等通过测量作用后的烧蚀坑形貌得到 蚀除质量。 上述关于单脉冲或多脉冲烧蚀质量或烧蚀深 度的报道，大多都是直接给出烧蚀坑的深度或蚀 除质量，而没有给出烧蚀坑深度的时间历史。计 算烧蚀坑深度的时间演化具有重要的实用价值。 一方面，烧蚀深度对时间的曲线直接指明了脉冲 激光哪一时序部分的烧蚀效率高，实际加工过程 中可在激光束路径上加一可控的光快门，使激光 束烧蚀效率高的时序部分通过快门，并截断其后 对烧蚀效率有抑制的时序部分，大大提高加工效 率；其次，一台激光器的输出波长和激光束的空间 分布确定以后，烧蚀效率还与脉冲能量和脉冲的 时序分布有关，而二者又是可调的，所以计算出不 同能量、不同时序脉冲下的烧蚀深度历史，有助于 调试出激光器的最佳工作状态，也有助于开发更 符合实际需要的时序脉冲分布激光器。为了避免 复杂作用过程的繁重理论计算，本文提出一种用 蒸发和凝结理论计算烧蚀坑深度历史的方法。在 已知烧蚀过程中靶面处的蒸气压力和温度历史的 情况下，用该方法即可算出烧蚀坑深度的时间演 化。本文以脉宽为２０ ｎｓ，波长为１．０６ Ｉ，ｘｍ，峰值 强度５００ ＭＷ／ｃｍ 的脉冲激光烧蚀铝靶过程为 例，计算了光斑中心靶面烧蚀深度的历史，所得结 果与文献报道一致，为解决高强度脉冲激光烧蚀 问题提供了一种新方法。 １凝结与蒸发理论 任何一种气体都存在着一个临界温度，当气 体温度高于临界温度时，不能通过等温压缩使其 液化，这种气体称为永久气体；而在临界温度以下 的气体，靠单纯增加压力即能使其液化，称为 蒸气。 空间中的蒸气分子返回到液体内的过程叫凝 结。单位时间内在单位面积上凝结的蒸气质量即 为凝结率 一 式中：Ｏ／为凝结系数，Ｐ 为蒸气分压力， 为蒸气 摩尔质量， 为绝对温度，Ｒ为理想气体普适常 数。根据气体内部压强特点，在激光烧蚀过程中 Ｐ 实际上也是蒸气和等离子体的压力，它和绝对 温度 都是时间的函数。 凝结的逆过程，即液体分子飞到空间变成蒸 气的现象叫蒸发。单位时间通过单位面积液面蒸 发的质量叫蒸发率Ｇ 。在汽、液共存的条件下， 蒸发和凝结现象同时存在，若蒸发率大于凝结率， 则宏观上表现为液体的蒸发；若蒸发率小于凝结 率，则宏观上表现为蒸气的凝结；二者相等时，则 处于饱和状态，此时空间蒸气的压力称为对应平 衡温度下的饱和蒸气压Ｐ 。物质的饱和蒸气压 随着温度的升高而增大。液体的蒸发率与对应温 度下的饱和蒸气压间的关系为 Ｇ （２） 式（２）常用于蒸发镀膜中金属蒸发量的计算。在 激光烧蚀过程中Ｐ 也是时间的函数。且由克拉 伯龙一克劳修斯方程可知，饱和蒸气压ｐ 又是温 度的函数，即 Ｐ （Ｔ）＝ｐｂｅｘｐ［Ｌ （１一Ｔｂ／ｒ）／（Ｒ ）］ （３） 式中：Ｔｂ、Ｐ 分别为标准状况下铝的沸点和平衡 蒸气压， 为气化热。所以，在实际计算中，只要 测出对应点处的温度和实际蒸气压即可。 由式（１）、（２）及（３）可知，只要烧蚀区内各 点处的蒸气压力和温度历史确定，相应点处单位 面积内净蒸发的质量也就确定，若整个烧蚀过程 又可以近似为平衡过程，则可以求出任意时刻相 应点处单位面积内的蚀除质量或烧蚀深度ｈ： ２５４ 南京理工大学学报（自然科学版） 第３４卷第２期 ／ ＝ｊｌ ＝ （ｐ￣．，－ａｐ）４２，ｒＭ ｒＲＴ４） ｐ式中：ｔ为烧蚀过程中的任意时刻，Ｐ为常温下金 属靶的质量密度。 ２烧蚀深度计算 式（１）和（２）表明，蒸发率和凝结率都与蒸气 温度、蒸气压和饱和蒸气压有关。在任何温度下， 凝结与蒸发都是共同存在的。当凝结率大于蒸发 率时，宏观上表现为净凝结；当蒸发率大于凝结率 时，宏观上表现为净蒸发。而两式都是平衡条件 下的热力学定律，激光烧蚀过程总体来讲是一个 瞬态的非平衡过程，所以，首先要讨论由式（１）、 （２）计算烧蚀深度的适用性。 对于金属靶，表面蒸发是质量蚀除的重要机 制。蒸发部分在靶面上方形成迅速膨胀的金属蒸 气，在靶面上方边界附近形成一个相突变的薄层， 称为克努森层（ＫＬ）¨ 。它是一个热及气体动力 学参量高度不连续的临界区域，如图１所示。假 设烧蚀过程在真空中进行，以时间为序分析烧蚀 过程靶面边界处压力和温度的平衡度问题。 ………………兰ｊ生………………． 图１ 激光烧蚀的边界条件及气体动力学过程示意图 当激光功率密度达到１００～１０ ０００ ＭＷ／ｃｍ 时，随烧蚀过程的进行，靶面温度升高。当温度达 到沸点，靶面开始气化，气化物迅速向真空膨胀， 形成蒸气羽。由于初始时刻的蒸气羽是向真空自 由膨胀，所以蒸气羽初始阶段的膨胀过程是高度 不平衡的动力学过程。随后蒸气会通过自由电子 的逆韧致辐射吸收激光能量并导致蒸气分子电 离，形成等离子体。由图１可见，等离子体进一步 吸收激光能量并迅速膨胀，形成等离子体的激光 支持吸收波，直至最后等离子体熄灭。发生气化 时，气化的物质高速喷出将对材料表面产生反冲 压力。对于足够强的入射激光，等离子体以超声 速膨胀，即激光支持吸收波以激光支持爆轰波 （ＬＳＤＷ）的形式出现，而ＬＳＤＷ会对目标材料也 产生相应的压力。靶面吸收后续激光对蒸发过程 起支持作用，而这２种压力抑制靶面处后续的蒸 发过程，从而使靶面处开始的非平衡过程向平衡 过程靠近。 由以上分析可以判断，当烧蚀过程进行到某 一时刻时，蒸气羽越靠近靶面的部分越接**衡 态，所以靶面处的状态也最接**衡态。整个烧 蚀过程中，靶面处的动力学过程也最接**衡过 程。靶面处动力学过程的平衡度与激光脉宽密切 相关，脉宽越大靶面处的动力学过程越接**衡 过程，脉宽越短，越远离平衡过程。例如，用飞秒 和皮秒激光烧蚀时，靶材直接气化而不经历熔融 状态，热影响区很小，靶内的热传导过程可以忽 略，因此，烧蚀动力学过程是一个极度不平衡的过 程。当脉宽增加到ｒｔ￥量级时，热作用对烧蚀过程 已起主导作用，靶面要经历熔融、气化蒸发及相对 较长的压力和温度历史。依此类推，当脉宽足够 长时，靶面的压力和温度会达到一个随时间不变 的平坦阶段，即平衡过程。因此，脉冲宽度越大， 靶面处的烧蚀过程越接**衡过程，用式（４）计 算的烧蚀深度历史越趋近于真实结果。 金属的激光加工多使用纳秒激光，纳秒激光 烧蚀热过程起主要作用。为了考查蒸发凝结法计 算烧蚀深度的适用性，以几十纳秒脉宽的脉冲激 光烧蚀金属靶过程为例，计算烧蚀深度历史，并将 结果与其他较成熟的计算方法的结果进行比较， 判断该计算方法适用脉宽的大致范围。 脉冲激光烧蚀过程中靶面某点处的压力和温度 历史计算非常复杂，本文直接利用前人计算结果。 Ｖ Ｉ Ｍａｚｈｕｋｉｎｄ等人¨ 用脉宽为２０ ｎｓ的脉冲激光烧 蚀真空室中的铝靶，该模型考虑了凝聚态中的热传 导、辐射气体动力学、等离子体中的激光能量转移以 及相界面处的表面蒸发和再凝结过程，边界和初始 条件共涉及１９个方程，采用有限差分法进行求解， 计算得到一系列条件下光斑中心处（ｒ＝０）靶面的温 度、饱和蒸气压及等离子体的压力历史。本文取其 中一组数据，用式（４）来计算靶中心处的烧蚀深度历 史。该组数据所用的激光波长为１．０６ ｍ、峰值光强 Ｇｎ＝５００ ＭＷ／ｃｍ２，光斑半径为ｒｆ＝０．０２５ ｃｍ，光斑中 心处（ｒ＝０）靶面的温度、饱和蒸气压及等离子体的 压力历史如图２所示。 总第１７１期 王广安章玉珠陆建倪晓武强脉冲激光烧蚀铝靶深度历史的蒸发凝结法模拟 ２５５ ８ ｏｏ０ ６Ｏ００ ４０００ ２０００ ０ —２ Ｏ０ｏ ４００ ３００ 善 ２０ｏ １ｏｏ ０ 一ｌ０ｏ ｔ／ｎｓ （ｂ）饱和蒸气压和等离子体压力演化 图２光斑中心靶面的温度饱和蒸气压及等离子体压力 由于图２中 ～ｔ，Ｐ ～ｔ及Ｐ～ｔ曲线较为复 杂，很难给出它们对时间的函数，具体计算是将式 （４）积分形式改为对时间分段求和形式，取时间 步长Ａｔ＝１ ｎｓ，并用有限差分法将图２中的数据 再现，作为计算节点处的数值，烧蚀深度的计算 如下 ｈ＝Ｙ ［ ＋Ｐ一一ｓａｔ， ＋１ Ｐ — 一Ｊｉ＋Ｐｉ＋ｌ １ ｐ （５） 式中：置＋置＋ ／２表示相关量 取节点ｉ和ｉ＋１ 处的平均值；凡为求和步数，求和结果为第ｎ纳秒 时的单脉冲烧蚀深度。由图２，ｎ最大取１００。铝 的摩尔质量Ｍ＝０．０２７ ｋｇ／ｍｏｌ，理想气体的普适 常数Ｒ＝８．３１ Ｊ／（ｔｏｏｌ・Ｋ）。由于当蒸气压等于饱 和蒸气压时，凝结与蒸发处于平衡状态，且当压强 大于饱和蒸气压时凝结率大于蒸发率，所以当 Ｐ≥ｐ 时，凝结系数 ＝１；当Ｐ＜Ｐ。 时，取凝结系 数Ｏｔ＝０．２。 ３结果与讨论 用有限差分法得到图１的节点数值，代人式 （５）计算不同步数ｎ对应时刻的烧蚀深度，并以时 问为横轴、烧蚀深度为纵轴给出铝靶烧蚀深度历史 曲线，如图３（ａ）所示。烧蚀过程从约第１０ ｌｌＳ开 始，至１９ ｎｓ左右时，烧蚀深度达到最大值ｈ ： ０．１４６ ｍ，此后，凝结率开始大于蒸发率，由于凝结 烧蚀深度缓慢减小，最终减小到ｈ＝０．０７５ ｌｘｍ。 Ｖ Ｉ Ｍａｚｈｕｋｉｎｄ等人对烧蚀过程涉及的１９个方程用 有限差分法求解，得到蒸气波前的速度，并用蒸气 波前的速度对时间积分的方法得到相应烧蚀深度 的历史，如图３（ｂ）所示。由图３可见，本文计算结 果与文献［１１］一致。图３（ｂ）也是在１９ ｎｓ处烧蚀 深度达到最大ｈ＇ｍ＝０．１４５ Ｉｘｍ，最终烧蚀深度ｈ ＝ ０．０７３ Ｉｘｍ，与本文计算结果的相对误差小于３％。 ｔ／ｎｓ （ａ）本文计算结果 ｔｉｎｓ （ｂ）文献【ｌ１】结果 图３烧蚀深度曲线 上述结果表明，在烧蚀过程中，当脉宽达到几 十Ｉ＇ＩＳ量级时，虽然靶面上方的气体动力学过程整 体来说是瞬态的非平衡过程，但靶面界面处的蒸发 和凝结热力学过程依然可以近似看作平衡过程，用 平衡状态下的蒸发和凝结理论可以有效地处理激 光烧蚀问题。由此可以判断，对于脉宽更长的长脉 冲烧蚀问题，用该方法计算烧蚀深度历史将更有 效。关键是要得到烧蚀过程中靶面的温度和压力 历史的数据，而这些数据一方面可以通过求解热传 导方程及气体动力学方程得到；另外，也可以通过 瞬态测量技术直接测量得到。例如，对于纳秒时间 尺度的瞬态温度测量，目前成熟的方法有光谱测量 法 ，把烧蚀过程中等离子体的辐射看作黑体辐 射，由黑体辐射定律即可以高精度地测定纳秒尺度 的温度演化，辐射光谱用快速红外探测器测量；而 纳秒尺度的压力可以用ＰＶＤＦ薄膜压电传感器测 量，该传感器测量压强信号的频率上限可达 ２ＧＨｚｌ】引，表明其响应时间小于０．５ ＩＩＳ。 本文方法回避了激光烧蚀过程中复杂的相互 作用问题，大大减小了计算量，节约了计算时间， 因而更有实用价值。实际应用时，只需测量关键 点（如光斑中心）的数据进行计算即可。由于脉 ２５６ 南京理工大学学报（自然科学版） 第３４卷第２期 宽越短，靶面的热动力学过程越偏离平衡态，该计 算方法的准确度就越低，所以进一步的工作是通 过对比计算与实验结果，找出该方法适用的最小 脉宽（或临界脉宽）。 ４ 结论 本文提出了用蒸发和凝结理论处理激光烧蚀 问题，给出了计算烧蚀深度的理论公式。分析了烧 蚀过程中靶蒸气动力学过程的平衡度，指出靶面处 的热力学过程最接**衡过程，且其平衡度与激光 脉宽相关，脉宽越大靶面处的热力学过程越接** 衡过程。计算了脉宽为２０ ａｓ条件下的烧蚀深度历 史，计算结果与文献［１１］给出的烧蚀深度历史一 致。表明脉宽为几十ｎｓ或脉宽更长的激光烧蚀过 程，靶面处的蒸发和凝结热力学过程可以近似地看 作平衡过程，用蒸发和凝结理论可以有效地计算出 烧蚀坑的深度历史。用瞬态测量技术直接测量出 靶面的压力和温度历史，再用以计算烧蚀深度历 史，则自然地回避了强激光烧蚀过程中复杂的相互 作用问题，具有重要工程意义。 参考文献： Ｌｕｎｎｅｙ Ｊ Ｇ，Ｊｏｒｄａｎ Ｒ．Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８（１２７—１２９）： ９４１—９４６． ［２］ Ｃｈｒｉｓｅｙ Ｄ Ｂ，Ｈｕｂｌｅｒ Ｇ Ｋ．Ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ，１９９４． ［３］ Ｍｉｌｌｅｒ Ｊ Ｃ，Ｈａｇｌｕｎｄ Ｒ Ｆ．Ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ：Ｍｅｃｈａ— ｎｉｓｍｓａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｂｅｒｌｉｎ，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ： Ｓｐｒｉｎｇｅｒ—Ｖｅｒｌａｇ，１９９１． ［４］ Ａｍｏｍｓｏ Ｓ，Ｔｏｆｉｍａｎｎ Ｂ，Ｓｃｈｏｕ Ｊ．Ｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＵＶ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｐｌｕｍｅ ｉｎ ａ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｇａｓ：Ｆｒｏｍ ａ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｔｏ ａ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｉｋｅ ｆｌｏｗ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｅ，２００４（０５６４０３），６９（５）：１—６． ［５］ Ａｍｏｒｕｓｏ Ｓ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ＵＶ ｐｕｌｓｅｄ・ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｔａｒｇｅｔｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ，１９９９， ６９（３）：３２３—３３２． ［６］ Ｔｏｆｔｍａｎｎ Ｂ，Ｓｃｈｏｕ Ｊ，Ｈａｎｓｅｎ Ｔ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ａ ｌａ— ｓｅｒ—ａｂｌａｔｉｏｎ ｐｌｕｍｅ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ，２０００， ８４（１７）：３９９８—４００１． ［７］ Ｊｏｒｄａｎ Ｒ，ｂｕｒｎｅｙ Ｊ Ｇ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ａｂ－ ｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８（１２７— １２９）：９６８—９７２． ［８］ Ｗｅｎ Ｓ Ｂ，ＭａｏＸ Ｌ，ＧｒｅｉｆＲ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅｌａ－ ｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｖａｐｏｒ ｐｌｕｍｅ ｉｎｔｏ ａ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｇａｓ：Ｉ．Ａｎａｌ— ｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２ＯＯ７（（Ｅ．３１１４）， １０１（２）：１—１３． ［９］ Ｚｈａｎｇ Ｄ，Ｌｉｕ Ｄ，Ｌｉ Ｚ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｌｓａｅｒ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ａｔ ｈｉｇｈ ｆｌｕｅｎｃｅｓ［Ｊ］．Ａｐ－ ｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，２５３（１４）：６１４４—６１４８． ［１０］ Ｒｕｓｓｏ Ｒ Ｅ，Ｍａｏ Ｘ Ｌ，Ｌｉｕ Ｈ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｔｉｍｅ－ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｐｌｓａｍａ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｍａｓｓ ｒｅｍｏｖａｌ ｄｕｒｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ－ ｐｕｌｓｅ ｌｓａｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ，１９９９，６９ （Ｓｕｐｐ１）：８８７—８９４． Ｍａｚｈｕｋｉｎ Ｖ Ｉ，Ｎｏｓｓｏｖ Ｖ Ｖ，Ｓｍｕｒｏｖ Ｉ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆｐｌｓａ－ ｕｌａ－ｃｏｎｔｏｒｌｌｅｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ１ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ １．０６ ａｎｄ ０．２４８岬ｌａｓｅｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎｌａ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２ＯＯ７，１０１（２）：０２４９２２： １—１５． ［１２］ Ｓｔｅｆａｎ Ｎ，Ｒｅｎａｔｏ Ｚ．Ｐｕｌｓｅｄ ｌｓａｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅｓ： ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｔｉｍｅｓｃａｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｂｌａｃｋ ｂｏｄｙ ｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｍ， １９９６，２５５：３９—４４． ［１３］ Ｓｈｉｒｉｎｏｖ Ａ Ｖ，Ｓｃｈｏｍｂｕｒｇ Ｗ Ｋ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ ｆｒｏｍ ａ ＰＶＤＦ ｆｉｌｍ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，２００８， １４２：４８—５５．