بررسی اثرات گرمایی در برهم کنش لیزر نانوثانیه با فلز طلا

امروزه برهم کنش باریکه های لیزری با مواد در گستره وسیعی از کاربردهای روزانه، صنعتی، علمی و پزشکی مورد توجه قرار دارد. در این مقاله برهم کنش تک پالس هارمونیک دوم لیزر پالسی نانو ثانیه Nd-YAG با فلز طلا مورد بررسی قرار می گیرد تا شناخت بهتری از مبانی برهم کنش باریکه لیزری با فلزات حاصل شود و شرایط مناسب برای تابش لیزر مورد ارزیابی قرار گیرد. شبیه سازی ها با حل معادله ی درجه دوم گرما در سه بعد با روش تعمیم یافته تفاضل محدود حوزه زمان (G-FDTD) و با استفاده از زبان برنامه نویسی فرترن انجام شده است. خصوصیات فلز مانند ضریب هدایت گرمایی طلا و ظرفیت گرمایی ویژه ی آن در مدل سازی به صورت تابع دما در نظرگرفته شده است تا نتایج به واقعیت نزدیکتر شوند. بررسی ها نشان می دهد که انرژی هر پالس لیزر، پهنای زمانی پالس لیزر و شعاع باریکه ی لیزری بر توزیع دما در سطح و عمق فلز طلا و نیز بر ناحیه تحت تاثیر گرما موثر هستند و بیشینه دما با افزایش انرژی هر پالس رابطه مستقیم دارد ولی با پهنای زمانی پالس و نیز اندازه لکه لیزری رابطه معکوس دارد. همچنین، بیشینه دما نسبت به قله پالس لیزری تاخیر زمانی دارد و این تاخیر با پهنای زمانی پالس رابطه مستقیم و خطی نشان می دهد. علاوه براین، در این مقاله، وابستگی آستانه ی ذوب طلا به مشخصه های تابش لیزر مثل اندازه لکه لیزری، پهنای خط و شار انرژی لیزر مورد بررسی قرار می گیرد تا نقشه ی کلی برای کاربران برای دستیابی به شرایط ذوب با تابش تک پالس هارمونیک دوم لیزر پالسی نانو ثانیه Nd-YAG فراهم شود.

کلیدواژه ها:

لیزر پالسی نانوثانیه ، پهنای پالس لیزر ، برهم کنش لیزر با طلا ، روش تعمیم یافته تفاضل محدود حوزه زمان