2025/12/30 by Ying Zhou, Wu Jian, Jian Wu +17
Engineering · Physics and Astronomy · #Laser Material Processing Techniques #Laser-Plasma Interactions and Diagnostics #Laser-induced spectroscopy and plasma #physics.comp-ph #physics.optics #physics.plasm-ph
paper · pdf · doi:10.7498/aps.75.20251464
published as Zhou Y, Wu J, Sun H, et al. Coupling model of metallic target ablation-plasma evolution-radiation under nanosecond laser irradiation [J]. Acta Physica Sinica, 2026, 75(5): 050502 · Published in Acta Physica Sinica. This is an English translated version of the original Chinese paper. 28 pages, 7 figures
openalex created_date 2025/12/30 · openalex publication_date 2025/12/30 · openalex updated_date 2026/06/11 · arxiv created 2026/07/24 · arxiv updated 2026/07/30
纳秒激光与金属材料相互作用涉及多个复杂物理过程，构建能够统一描述各阶段的自洽模型是当前研究的重点。本文以纯铁为研究对象，建立了一个涵盖激光能量沉积、固液相变、气液界面动理学输运、等离子体膨胀电离、组分扩散、热/粘性输运与光谱辐射的多物理场耦合模型。采用隐式紧致差分与Mac-Cormack显式格式对纯铁烧蚀动力学进行分区数值求解。计算结果揭示了等离子体屏蔽效应的产生及其对蒸发过程的抑制作用；明确了早期蒸发产物以声速逃离努森层、蒸汽质量占总烧蚀质量的81.6%。研究再现了等离子体羽流从高温高电离态(Fe<sup>3+</sup>主导)向低温中性原子(Fe<sup>0</sup>主导)演化的全过程，以及光谱从“连续谱强、离子线主导”到“原子线凸显并出现自吸收”的动态转变。通过与实验测量光谱以及PrismSPECT、NIST LIBS程序计算结果的定量对比，验证了全链条自洽建模在预测等离子体辐射特性方面的必要性，为激光加工、光谱分析等应用提供了一种可靠的数值模拟工具。