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物理学 > 光学

arXiv:2504.12774 (physics)
[提交于 2025年4月17日 ]

标题: 库仑爆炸损伤的相场模型在超短激光作用下的固体中

标题: Phase field model of Coulomb explosion damage in solid induced by ultrashort laser

Authors:Lihong Ao, Qin Zhang
摘要: 大量实验证据表明,库仑爆炸在飞秒甚至更短的激光脉冲下主导了非热材料去除,而非热激光损伤已成为广泛讨论的话题。 然而,目前仍没有能够描述这种损伤演化的连续力学模型。 在本研究中,我们开发了一个模型,该模型通过由Allen-Cahn动力学控制的相场变量来表征固体损伤。 该模型的参数由一个概念性机制定义:在库仑爆炸过程中,电子压力超过原子间势垒,将材料从固体表面分离为小的等效粒子,并导致局部损伤。 数值模拟验证了该模型的有效性,并展示了其在不同激光条件下预测损伤形态的能力。 这项工作推进了对非热蚀刻的理解,并为优化超快激光加工提供了一种工具。
摘要: Much experimental evidence reveals that Coulomb explosion governs non-thermal material removal under femtosecond or even shorter laser pulses, and non-thermal laser damage has been a topic widely discussed. Nevertheless, there is still no continuum mechanical model capable of describing the evolution of such damage. In this study, we develop a model that characterizes solid damage through a phase field variable governed by Allen-Cahn dynamics. The parameter of the model is defined by a conceptual mechanism: during Coulomb explosion, electron pressure surpasses the interatomic barrier potential, dissociates material from the solid surface as small equivalent particles and resulting in localized damage. The numerical simulation validates the model's availability and demonstrate its ability to predict damage morphology under varying laser conditions. This work advances the understanding of non-thermal ablation and provides a tool for optimizing ultrafast laser processing.
主题: 光学 (physics.optics) ; 其他凝聚态物理 (cond-mat.other); 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2504.12774 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2504.12774v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.12774
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Lihong Ao [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 4 月 17 日 09:16:41 UTC (1,216 KB)
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