周通博士在《Optics Express》发表激光微纳加工研究成果
近日，江苏科技大学理学院应用光学研究中心的胡友友副教授团队和英国利物浦大学Stuart Edwardson教授合作在激光微纳加工方面取得研究进展，在国际知名光学期刊《Optics Express》（中科院物理大类2区，影响因子：3.833）上发表研究论文《Experimental and numerical study of multi-pulse picosecond laser ablation on 316 L stainless steel》(DOI:10.1364/OE.505324)，论文第一作者和通讯作者为周通老师，胡友友副教授为共同通讯作者，江苏科技大学为第一署名单位。
脉冲宽度τ < 10 ps的超快激光由于其与材料相互作用的性质和最小的热传导而被广泛应用于微切割、表面织构化、薄膜加工等领域。在超快激光烧蚀过程中，由单光子吸收激发的传导电子在脉冲期间经历电子温度Te的急剧增加。然后，电子能量通过电子-声子相互作用转移到晶格，导致非平衡温度阶段，通常使用双温模型（TTM）进行评估。在过去的十年中，人们对超快激光与材料相互作用进行了一系列的理论和实验研究。然而，大多数关于超快TTM的研究都是基于单脉冲消融的。
图1. 10ps激光烧蚀316L不锈钢的模拟流程图
本论文对10 ps激光在400脉冲下烧蚀316 L不锈钢进行了实验和数值模拟研究。在这个模拟中，根据不同的烧蚀驱动机制，对材料去除阈值温度进行了详细的讨论，同时考虑了瞬时材料去除对下一脉冲吸收计算的影响。对于单脉冲消融，模拟的消融阈值Fsim = 0.26 J/cm2与拟合的实验结果F0th =（0.29 ± 0.01）J/cm2接近。对于多脉冲烧蚀，在0.9 J/cm2能量密度下，模拟烧蚀率Rsim = 11.4 nm/pulse与拟合的实验结果Rexp =（12.4 ± 0.1）nm/pulse接近，而在2.7 J/cm2能量密度时，模拟烧蚀率Rsim = 19.8nm/pulse略大于拟合的实验结果Rexp =（16.1 ± 0.7）nm/pulse，单脉冲和多脉冲烧蚀的理论值与实验值吻合较好。该研究可用于预测多脉冲激光加工性能，特别是在机器学习方法的帮助下自动找到最佳参数。
相关工作受到江苏省重点研发计划（产业前瞻与共性关键技术）、温州市重大科技创新攻关项目、江苏科技大学新兴科技创新团队等项目资助。