Numerical model and experimental demonstration of high precision ablation of pulse CO2 laser

光学 激光器 材料科学 激光烧蚀 脉搏(音乐) 烧蚀 脉冲持续时间 计算机模拟 激光功率缩放
作者
Ting He,Chaoyang Wei,Zhigang Jiang,Zhenwei Yu,Zhang Cao,Jianda Shao
出处
期刊:Chinese Optics Letters [Optica Publishing Group]
卷期号:16 (4): 041401-041401 被引量:2
标识
DOI:10.3788/col201816.041401
摘要

To reveal the physical mechanism of laser ablation and establish the prediction model for figuring the surface of fused silica, a multi-physical transient numerical model coupled with heat transfer and fluid flow was developed under pulsed CO2 laser irradiation. The model employed various heat transfer and hydrodynamic boundary and thermomechanical properties for assisting the understanding of the contributions of Marangoni convention, gravitational force, vaporization recoil pressure, and capillary force in the process of laser ablation and better prediction of laser processing. Simulation results indicated that the vaporization recoil pressure dominated the formation of the final ablation profile. The ablation depth increased exponentially with pulse duration and linearly with laser energy after homogenous evaporation. The model was validated by experimental data of pulse CO2 laser ablation of fused silica. To further investigate laser beam figuring, local ablation by varying the overlap rate and laser energy was conducted, achieving down to 4 nm homogenous ablation depth.
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