Femtosecond laser irradiation of sufficient energy creates various structures on the surface of the irradiated target, which find important technological applications. In the paper the influence of geometrical parameters (laser beam radius and the film thickness) and the energy absorbed by the target on the morphology of the surface structures is investigated. Two cases are studied. In the first case, the film is thick (bulk target), and the laser beam radius is much greater than the wavelength of optical radiation. In the second case, on the contrary, the film is thin and the beam radius is also small of the order of light wavelength. In the first case a thin shell (spalled layer) is separated from the target and flies with approximately constant speed away from the target surface. In the work results of calculations of the dynamics of the shell motion are presented. On the surface of the target the nanorelief remains, which is formed due to mechanical foaming of the molten metal layer, capillary decay of the expanding foam and freezing of flying remnants of the destroyed foam directly in the process of their movement. Effects related to the surface tension of the hot molten metals are significant to a great extent in the second case too. Because of strongly focused laser pulse an irradiated spot on the film melts, swells and solidifies in the form of cupola, which may be sharp at the top.
molecular dynamics method, method Monte-Carlo, laser ablation
Фемтосекундное лазерное воздействие достаточной энергетики формирует разнообразные структуры на поверхности облучаемой мишени, что находит применение в важных технологических приложениях. В работе рассматривается влияние геометрических параметров (радиус лазерного пучка и толщина пленки) и поглощенной мишенью энергии на морфологию поверхностных структур. Изучены два случая. В первом случае пленка толстая (объемная мишень) и радиус пучка намного превышает длину волны оптического излучения. Во втором случае наоборот пленка тонкая, а радиус пучка мал - порядка длины световой волны. В первом случае от поверхности мишени отслаивается тонкая оболочка (откольный слой), которая летит с примерно постоянной скоростью, удаляясь от поверхности мишени. В работе приводятся результаты расчетов, в которых изучается динамика разлета оболочки. На поверхности мишени остается нанорельеф, который образуется вследствие механического вспенивания расплавленного слоя металла, капиллярного распада расширяющейся пены и замораживания летящих остатков разрушенной пены прямо в процессе их движения. Эффекты, связанные с поверхностным натяжением горячих расплавов металлов весьма существенны и во втором случае. В результате остросфокусированного ультракороткого лазерного воздействия облученное пятно пленки плавится, вздувается и затвердевает в виде купола, который может иметь морфологические особенности, например, в виде заострения на вершине.
молекулярно-динамическое моделирование, метод Монте-Карло, лазерная абляция
