我们在双温度模型（TTM）的框架下 ， 通过模拟超快激光脉冲辐照后的Ti加热 ， 研究了电子扩散引起的IED横向温度梯度的降低 。
图9表示了在表面以下z=7.5 nm处 ， 施加波长为1030 nm、持续时间为400 fs、通量为0.08 J cm?2的单激光脉冲后 ， 在3ps下横向x方向晶格温度的分布 。 图9中使用了如此低的通量 ， 唯一的目的是显示晶格温度的振荡形状 ， 在更高的通量下 ， 晶格温度的振荡形状将是相似的 。
图9 z=7.5时的晶格温度分布?nm和at 3?ps.激光参数：波长1030?纳米 ， 脉冲持续时间400?fs ， 通量为0.08?Jcm?2.ΔTlat表示晶格温度振荡的振幅 。
图10描述了沸腾温度周围晶格温度振荡ΔTlat的振幅 ， 作为通量的函数 。 在低通量条件下 ， 当Tlat未达到沸点时 ， 在样品表面计算振幅ΔTlat ， 在给定激光通量条件下达到最大晶格温度 。
图10 晶格温度振幅ΔTlat是吸收后不同时刻入射激光注量的函数 ， 表示为t 。 数据点通过虚线连接 ， 以吸引读者的眼球 。 可以观察到振幅随注量的增加而急剧衰减 。 根据Lin等人的工作 ， 作为电子温度函数的电子-声子耦合因子G显示为插图 。
振荡幅度在达到峰值后随激光注量的增加而减小 。 这一趋势与实验观察结果一致 ， 表明样品表面在高激光通量下变得更加光滑 。 这一趋势的起源是基于耦合因子G对电子温度的依赖性 ， 如图10所示 。 这种依赖性表明 ， 在高激光注量下 ， 耦合因子降低 ， 导致电子晶格能量转移缓慢 。 因此 ， 热电子系综有更多的扩散时间 ， 并在更大的受影响样品体积上释放其能量 。
图11提供了基于G在两个数量级上的变化的影响的数值视图 ， 其中考虑并忽略了电子和晶格热导率 ， 或者换句话说 ， 电子和晶格子系统中的扩散 。
图11对于G/10和10×G ， 无论有无扩散影响 ， 晶格温度振幅ΔTlat都是t=10ps时入射激光注量的函数 。 数据点用虚线和虚线连接 ， 以便于强调 。
在高通量范围内 ， 对于10×G和G/10扩散情况 ， ΔTlat的值几乎相同 。 因此 ， 我们可以得出结论 ， 在高通量范围内 ， G的重要性降至最低 。 相比之下 ， 无扩散的10×G和G/10病例的ΔTlat略有不同 。 然而 ， 我们在实验上观察到 ， 在高通量范围内 ， 表面形态发生了显著变化 。 这表明 ， 在较高强度的飞秒光激发过程中 ， εm的变化具有不可忽视的影响 。
4总结
在这一贡献中 ， 提供了usp铣削中隆起形成的模型和相关的经验临界饱和温度Tc 。 使用层次结构模型 ， 讨论了各个步骤和潜在的物理机制 。 由于强烈的热量积聚导致对流机制 ， 凝固延迟被确定为沟槽生长的原因 ， 沟槽作为从边缘到凸起的过渡结构 。 在我们的实验中 ， 凹槽和LSFL之间的非垂直方向可能被认为是凹槽电磁起源的另一个线索 。
此外 ， 还表明整个结构的形成对施加的强度很敏感 。 利用具有调制源的TTM ， 讨论了电子扩散对非均匀能量沉积的涂抹 。 模拟结果表明 ， 对耦合行为有一定的影响 。 这再次突出了表面张力在LSFL进化正反馈机制中的重要作用 ， 因此假设光学性质的强烈变化是结构形成减少的原因 。
本实验的发现为usp铣削过程中激光波长的选择提供了新的线索 ， 因为SPP的激发效率以εm为尺度 ， 而εm的演化又取决于激发程度 。 这推动了对更长波长下飞秒光激发过渡金属和工业相关合金εm的进一步研究 ， 例如在中红外范围内 ， 某些金属的等离子体活性可能较低 。
此外 ， 强度相关的结构形成实验强调了LSFL作为表面降解初始成核结构的必要性 。 通过这种方式 ， 可以得出结论 ， 表面退化不仅仅是热原因 。 因此 ， 抛光和烧蚀步骤的双重工艺策略适用于进一步提高烧蚀率 ， 因为在没有LSFL的情况下 ， 先前抛光步骤的余热不会触发凹凸的形成 。
来源：Fundamentals of Scanning Surface Structuring by Ultrashort Laser Pulses: From Electron Diffusion to Final Morphology Advanced Photonics Research doi.org/10.1002/adpr.202200045
【超短激光脉冲扫描表面结构的基本原理：从电子扩散到最终形貌】参考文献：B. N. Chichkov C. Momma S. Nolte F. Von Alvensleben A. Tünnermann Appl. Phys. A 1996 63 109. S. Nolte C. Momma H. Jacobs A. Tünnermann B. N. Chichkov B. Wellegehausen H. Welling JOSA B 1997 14 2716.
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