Comsol飞秒多脉冲激光烧蚀(变形几何:孔),双温模型,可以实现温度场和应力场的仿真
有意思的是电子温度会在每个脉冲到达时瞬间飙到上万K,而晶格温度像个反应迟钝的老头子,得等几个脉冲后才慢慢爬升。今天咱们就手把手搞个"打孔"实验,看看怎么用事件功能实现脉冲连发,顺便观察电子晶格温度互掐的精彩场面。跑完仿真别急着关,切到应力模块看骚操作——烧蚀区域的位移云图会出现类似年轮的层状结构,这是脉冲叠加导致的应力波干涉现象。Comsol飞秒多脉冲激光烧蚀(变形几何:孔),双温模型,可以实现温
Comsol飞秒多脉冲激光烧蚀(变形几何:孔),双温模型,可以实现温度场和应力场的仿真,观察电子温度晶格温度温度变化探针应力变化位移变化利用comsol事件功能实现多脉冲设置。

多脉冲激光烧蚀在微加工领域是个热门玩法,COMSOL的变形几何接口配上双温模型能玩出不少有意思的物理现象。今天咱们就手把手搞个"打孔"实验,看看怎么用事件功能实现脉冲连发,顺便观察电子晶格温度互掐的精彩场面。

先上硬菜——双温方程得在数学接口里手动敲进去。这里有个偷懒技巧:直接在PDE模块里定义电子温度Te和晶格温度Tl的耦合方程。注意电子热容项要写成随温度变化的表达式,比如C_e=γ*Te这种骚操作。
// 电子温度方程
epsilon*C_e*d(Te,t) = -G*(Te-Tl) + ∇⋅(k_e*∇Te) + Q
// 晶格温度方程
rho*C_l*d(Tl,t) = G*(Te-Tl)
重点来了,多脉冲加载得靠事件接口玩时间魔法。在全局定义里搞个矩形波函数,设置脉冲宽度1ps,重复频率10kHz。记得在事件里勾选"重复状态",这样每个脉冲触发时才会重置热源项。
// 脉冲序列参数
num_pulse = 5; // 挨5发
t_interval = 1e-4; // 脉冲间隔
on_duration = 1e-12; // 单脉冲持续时间
// 事件判断条件
if (mod(t,t_interval) < on_duration) && (t < num_pulse*t_interval)
Q = alpha*P/(pi*r^2*t_p)*exp(-(x^2+y^2)/r^2)*exp(-(z)/delta)
else
Q = 0
end
跑完仿真别急着关,切到应力模块看骚操作——烧蚀区域的位移云图会出现类似年轮的层状结构,这是脉冲叠加导致的应力波干涉现象。用探针功能抓取孔底应力变化,能看到明显的震荡衰减曲线,每个波谷对应新的脉冲冲击。

有意思的是电子温度会在每个脉冲到达时瞬间飙到上万K,而晶格温度像个反应迟钝的老头子,得等几个脉冲后才慢慢爬升。这说明超短脉冲下电子和晶格确实在玩"你热你的,我凉我的"的游戏。想要准确捕捉这个温差,时间步长得压到飞秒级,不然分分钟给你数值发散。

最后给个实战建议:烧蚀阈值参数别完全照搬论文,用参数扫描先做单脉冲标定。碰到网格畸变就祭出自适应网格重剖分,配合变形几何的平滑处理,保证孔洞边缘不会变成锯齿怪。
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