Введение
1. Прямое статистическое моделирование газодинамических процессов при наносе кундной лазерной абляции 10
1.1. Метод прямого статистического моделирования (ПСМ) 11
1.1.1. Модели межмолекулярного взаимодействия 11
1.1.2. Схема выбора количества столкновений 12
1.1.3. Внутренние степени свободы
1.2. Метод пробных частиц 18
1.3. Колебательные характеристики многоатомных молекул 21
1.4. Тепловая модель импульсного лазерного испарения 25
1.5. Обзор прямого статистического моделирования газодинамических процессов при на-носекундной лазерной абляции 34
2. Обратный поток при импульсном лазерном испарении в вакуум 39
2.1. Введение 39
2.2. Постановка модельной задачи для ПСМ 45
2.3. Обратный поток для одноатомного газа
2.3.1. Временная эволюция обратного потока 51
2.3.2. Обратный поток при расчете с учетом тепловой модели 57
2.3.3. Сравнение с экспериментом 62
2.4. Обратный поток для многоатомного газа 64
2.4.1. Обратный поток при стационарном испарении 64
2.4.2. Обратный поток при импульсном испарении 65
2.4.3. Обратный поток при лазерном испарении полимеров 69
2.5. Выводы 73
3. Обратный поток при импульсном лазерном испарении в фоновый газ 74
3.1. Введение 74
3.2. Расчеты методом пробных частиц
3.2.1. Релаксация атомарного пучка 75
3.2.2. Обратное осаждение пленки при импульсном лазерном испарении
3.2.2.1. Постановка задачи 80
3.3.2.1. Численные результаты 83
3.3. Аналитическая модель 87
3.3.1. Описание модели 87
3.3.2. Сравнение с расчетами методом пробных частиц 89
3.3.3. Анализ экспериментальных данных 90
3.4. Выводы 96
4. Влияние внутренней энергии на динамику разлета облака молекул при импульс ном лазерном испарении в вакууме 97
4.1. Введение 97
4.2. Расчеты методом ПСМ
4.2.1. Влияние внутренней энергии на разлет облака 100
4.2.2. Эффективное число колебательных степеней свободы 105
4.2.3. Влияние VT энергообмена на примере лазерного испарения ПТФЭ 107
4.3. Аналитическая модель 111
4.3.1. Аналитическое решение для газа в состоянии теплового равновесия 111
4.3.2. Аналитическое решение для неполного колебательного охлаждения 116
4.3.3. Анализ экспериментальных данных по лазерному испарению анилина 120
4.4. Выводы 122
5. Энергетика разлета лазерного факела на основе анализа времяпролетных (ВП) распределений при импульсном лазерном испарении в вакууме 123
5.1. Введение 123
5.1.1. Актуальность анализа ВП распределений 123
5.1.2 Используемые формулы и подходы к анализу ВП распределений 125
5.2. Анализ ВП распределений на основе ПСМ расчетов 131
5.2.1. Постановка задачи 131
5.2.2. Динамика разлета облака газа при испарении в вакуум 134
5.2.3. Сравнение с экспериментами по абляции графита 148
5.2.4. Кинетическая энергия во ВП распределении 155
5.2.5. Анализ ВП распределений на основе одномерных расчетов 166
5.2.6. Влияние неоднородности температуры поверхности на ВП распределение 171
5.2.7. Влияние положения детектора на ВП распределение 179
5.3. Расшифровка времяпролетных распределений на основе ПСМ расчетов 182
5.3.1. Предлагаемый подход 182
5.3.2. Анализ экспериментальных данных 184
5.3.2.1. Ниобий 184
5.3.2.2. Медь 188
5.3.2.3. Графит
5.3.3. Влияние размера пятна 191
5.3.4. Общий подход к расшифровке ВП распределений 192
5.3.5. Расшифровка угловых ВП распределений 195
5.4. Аналитическая континуальная модель времяпролетных распределений 197
5.4.1. Модельные предположения 197
5.4.2. “Временная” модель: континуальный разлет до времени tfree 199
5.4.3. “Пространственная” модель: континуальное течение до плоскости xfree 202
5.4.4. Сравнение с экспериментальными данными и ПСМ расчетами 204
5.5. Аналитическая формула для расшифровки времяпролетных распределений 207
5.5.1. Анализ ПСМ расчетов 207
5.5.2. Вывод новой формулы
5.5.2.1. Кинетическая энергия вдоль нормали к поверхности 209
5.5.2.2. Скорость релаксации энергии 213
5.5.2.3. Окончательная формула 215
5.5.3. Анализ экспериментальных данных 217
5.5.3.1. Ниобий 217
5.5.3.2. Медь 217
5.5.3.3. Графит 218
5.5.3.4. Золото 218
5.5.4. Обсуждение 220
5.6. Выводы 221
6. Заключение 222
7. Приложение 224
7.1. ВП формула для бесстолкновительного разлета 224
Публикации по теме диссертации 226
Список литературы
