2.2步骤2：从LSFL形成凹槽
随着脉冲数的进一步增加（Np≥50） ， 从LSFL上生长出轻微的凹槽 。 这些凹槽在傅里叶空间中产生g型信号 ， 图1中为红色 ， 垂直于LSFL的蓝色s型信号 。 在相应的SEM图像中 ， 凹槽也被涂成红色 。
2.3步骤3：对流驱动沟槽生长
第三步包括凹槽进一步生长的条件（见图1）：如果连续施加脉冲的热量累积导致的饱和温度Tsat较高（Tsat≥Tc） ， 沟槽因对流机制而生长；这最终导致隆起的挖掘 。 在较低的热积累（Tsat<Tc）下 ， 较快的凝固会阻碍对流 ， 导致结构层次在浅槽处结束 。 凹槽内反射引起的烧蚀增加也可能有助于其进一步生长 ， 最终形成凸起的形状 。
激光有效构造表面的示例 。 利用皮秒激光烧蚀铜结构的SEM图像 。
3结果和讨论
迄今为止很少研究的沟槽形成是在MHz重复率下作为时空脉冲重叠和脉冲数的函数进行研究的 。
3.1从LSFL到凹槽：与蓄热相关的结构形成
实验中 ， 通过改变扫描速度vs ， 改变了关键参数 ， 即时空脉冲重叠 。 相应地调整扫描次数N ， 以保持脉冲数Np恒定 。 使用线性极化 ， 从而能够轻松区分不同的结构类型 。
图2显示了铣削Ti表面的SEM图像 。 在图2中的每个SEM图像上方 ， 显示了相应的快速傅立叶变换（FFT） 。 虽然Np在所有实验中都是相等的 ， 但表面形貌随扫描速度变化很大 。
图2 显示看铣削Ti表面的SEM图像 。
从图2a可以清楚地看出 ， 垂直于激光偏振方向的波纹(LSFL) ， 其对应的波长Λs≈激光波长的3/4 λL=1030 nm 。 在FFT中 ， 该表面特征强烈表示为s型信号（蓝色） ， 表明LSFL是这种情况下的主要结构 。 此外 ， 轻微的凹槽与波纹垂直 。 凹槽在FFT的虚线圆圈内生成g型信号 ， 用红色表示 。
在图2b、c中 ， 凹槽开始连接 。 此外 ， FFT中的g型特征转移到较小的波矢量（靠近中心）以获得较低的扫描速度 ， 并变得更为主导 。 这表明 ， 随着扫描速度的降低 ， 凹槽逐渐成为主要的表面结构 ， 其空间范围继续扩大 。
凹槽的形成显然与扫描速度变化引起的热量积聚有关 。 为了研究Np的依赖性 ， 在接下来的实验中 ， 扫描速度保持不变 ， Np不断增加 。 此外 ， 还应用了圆极化 。 这在激光铣削中很常见 ， 以获得均匀的烧蚀地面 。
3.2从凹槽到凸起：脉冲数相关结构形成
实验中通过增加扫描次数N来改变脉冲数Np 。 图3a中得到的表面显示的LSFL不太规则 ， 但这一次的角度ΔΘ更大 。 尽管凹槽的特征在图3a的FFT中已经清晰可见 ， 但当观察表面时 ， 它们可以很难观察到 ， 并且是轻微的阴影 。 这随着扫描次数的增加而变化 ， 在图3b中已经可以清楚地看到 。 随着扫描次数的增加 ， FFT中的s型信号减少 ， g型信号增加并移向较小的波矢量 。
图3 扫描次数N在图像中显示 。 s型（蓝色）和g型信号（红色）的方向不相互垂直 。 随着N的增加 ， 凹槽变得更加明显 ， FFT中g型信号的增加也表明了这一点 。
对于更多的扫描（图3b ， c） ， 凹槽端部的凹陷变得可见 。 图3c）中SEM图像的一些区域已经出现隆起 ， 这将降低烧蚀率 。 在相应的FFT中 ， g型信号的方向在不同的扫描次数下保持不变 ， 并连续移动到较小的波数 。 一旦凹槽明显大于激光波长∧G?λL ， 可通过偏振相关反射行为考虑进一步演化 。
考虑到从二维FFT中很难推断出信号的位移 ， 图4中另外绘制了归一化的径向功率谱密度(PSD) 。 当扫描次数增加时 ， 可以观察到较小波数的PSD信号增加 。 随着扫描次数的增加 ， 沟槽取代LFSL成为主要的表面结构 。 此外 ， 与沟槽相关的峰值转移到更小的波数(值显示在图中) 。
图4随着扫描次数的增加 ， 铣削钛表面的归一化径向功率谱密度（PSD） 。 对于较小的N值 ， 与LSFL相关的激光波长λL（虚线帮助线）右侧的光谱部分占主导地位 。 随着N的增加 ， LSFL部分减小 ， 与凹槽相关的峰值占主导地位 ， 并移向较小的波数 。 插图显示了20次扫描后的表面SEM图像 。
随着凹槽逐渐加深和加宽 ， 其首选方向保持不变 ， 从而形成椭圆形凸起 。 最后一种表面结构的椭圆形如图4中的插图所示 。 先前的研究中已经报告了表面结构（例如椭球锥形尖峰）的偏振相关形状发展 。
在强烈覆盖凹槽的表面上 ， 可能有利于不均匀烧蚀 。 一方面 ， 有些区域的初始注量分布投影到斜坡上会降低有效注量 ， 另一方面 ， 局部反射会导致较高的注量 。 这导致凹槽内的注量更高 ， 从而将凸起挖出 。
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