Un estudio computacional de la dinámica de un objetivo sólido de silicio bajo irradiación láser pulsada de ns desde el régimen elástico hasta el de fusión
Autores: Papadaki, Helen; Kaselouris, Evaggelos; Bakarezos, Makis; Tatarakis, Michael; Papadogiannis, Nektarios A.; Dimitriou, Vasilis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un estudio computacional de la dinámica de un objetivo sólido de silicio bajo irradiación láser pulsada de ns desde el régimen elástico hasta el de fusión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Comportamiento dinámico
Objetivos de Si sólido
Pulsos láser de nanosegundos
Simulaciones de método de elementos finitos
Ondas acústicas superficiales
Coeficiente de expansión térmica
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
El comportamiento dinámico de blancos de Si sólido irradiados por pulsos láser de nanosegundos se estudia computacionalmente con simulaciones de método de elementos finitos tridimensionales transitorios termomecánicos. Los cambios de fase dinámicos del blanco y la generación y propagación de ondas acústicas superficiales alrededor del punto focal del láser son proporcionados por un modelo de elementos finitos de una malla uniformemente estructurada muy fina, capaz de proporcionar resultados de alta resolución en escalas espaciotemporales cortas y largas. Los cambios dinámicos en las propiedades del material de Si hasta el régimen de fusión son considerados, y los resultados de la simulación proporcionan una descripción detallada de la respuesta del área irradiada, acompañada por la dinámica de la generación y propagación de ondas ultrasónicas. Los nuevos hallazgos indican que, debido al bajo coeficiente de expansión térmica y la alta profundidad de penetración del Si, la amplitud de la SAW generada es pequeña, y el tiempo y la distancia necesarios para que se genere el ultrasonido son mayores en comparación con metales densos. Además, en el régimen de fusión, el desarrollo de altas tensiones térmicas no lineales conduce a la generación y formación de un ultrasonido irregular. Comprender la interacción entre los láseres de nanosegundos y el Si es fundamental para avanzar en una amplia gama de tecnologías relacionadas con el procesamiento y la caracterización de materiales.
Descripción
El comportamiento dinámico de blancos de Si sólido irradiados por pulsos láser de nanosegundos se estudia computacionalmente con simulaciones de método de elementos finitos tridimensionales transitorios termomecánicos. Los cambios de fase dinámicos del blanco y la generación y propagación de ondas acústicas superficiales alrededor del punto focal del láser son proporcionados por un modelo de elementos finitos de una malla uniformemente estructurada muy fina, capaz de proporcionar resultados de alta resolución en escalas espaciotemporales cortas y largas. Los cambios dinámicos en las propiedades del material de Si hasta el régimen de fusión son considerados, y los resultados de la simulación proporcionan una descripción detallada de la respuesta del área irradiada, acompañada por la dinámica de la generación y propagación de ondas ultrasónicas. Los nuevos hallazgos indican que, debido al bajo coeficiente de expansión térmica y la alta profundidad de penetración del Si, la amplitud de la SAW generada es pequeña, y el tiempo y la distancia necesarios para que se genere el ultrasonido son mayores en comparación con metales densos. Además, en el régimen de fusión, el desarrollo de altas tensiones térmicas no lineales conduce a la generación y formación de un ultrasonido irregular. Comprender la interacción entre los láseres de nanosegundos y el Si es fundamental para avanzar en una amplia gama de tecnologías relacionadas con el procesamiento y la caracterización de materiales.