Simulation numérique du laser

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4085 (2023) Citer cet article

1136 accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Dans cette étude, un modèle numérique de l'expansion du plasma sur une surface de gouttelette basé sur la méthode plasma initiale a été proposé. Le plasma initial a été obtenu par la condition limite d'entrée de pression, et l'effet de la pression ambiante sur le plasma initial et l'expansion adiabatique du plasma sur la surface des gouttelettes, y compris l'effet sur la vitesse et la distribution de température, ont été étudiés. Les résultats de la simulation ont montré que la pression ambiante a diminué, entraînant une augmentation du taux d'expansion et de la température, et donc une plus grande taille de plasma s'est formée. L'expansion du plasma crée une force motrice vers l'arrière et finit par envelopper toute la gouttelette, indiquant une différence significative par rapport aux cibles planes.

Les plasmas produits par laser (LPP) ont été largement étudiés dans de nombreuses applications, telles que la fusion par confinement inertiel, le dépôt laser pulsé en science des matériaux et la lithographie1,2. La lithographie ultraviolette extrême (EUV) est considérée comme une technologie prometteuse pour la production de dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération avec des résolutions inférieures à 5 nm3,4. Le LPP a été développé pour la source lumineuse EUV en raison de son rendement élevé, de son évolutivité de puissance et de sa liberté spatiale autour du plasma5,6. Dans la source de lumière EUV, les gouttelettes métalliques en tant que cibles sont irradiées par un laser pulsé pour créer un plasma chaud et dense et émettre de la lumière EUV.

Lorsqu'un laser haute puissance irradie la surface de la gouttelette, il provoque une déformation et une rupture violentes de la gouttelette. La propulsion pulsée induite par laser et la forte déformation d'une goutte d'eau ont été étudiées par Klein et al.7. L'appareil à contrôler et à visualiser a été discuté en détail8. Bien que la réponse dynamique des fluides des gouttelettes de métal et d'eau par impact laser soit analogue, le mécanisme de propulsion est remarquablement différent9. La raison principale est la génération de plasma à haute température à la surface de la gouttelette de métal.

L'évolution du plasma joue un rôle clé dans le processus de génération d'EUV à partir de gouttelettes métalliques irradiées par un laser de haute puissance. En particulier, les paramètres de l'état du plasma déterminent l'absorption de l'énergie laser et les caractéristiques du rayonnement EUV. Sato et al. ont mesuré le profil spatial de la densité électronique, de la température électronique et de la charge ionique moyenne en utilisant une technique de diffusion Thomson (TS)10. Ils ont constaté que le profil spatial différait selon les différentes conditions de plasma. Dans toutes les conditions de plasma, une émission EUV intense n'a été observée qu'à une température électronique suffisamment élevée et dans une plage de densité électronique adéquate. Sasaki et al.11 ont souligné qu'une efficacité de conversion élevée (CE) est obtenue avec un plasma de faible densité, qui est produit en irradiant d'abord une microgouttelette d'étain par le laser pré-impulsion pour produire le plasma préformé. Après l'irradiation laser pré-impulsion, le plasma se dilate jusqu'à 10 fois le rayon initial et entraîne une diminution de la densité à 0,001 de la densité du solide. Schupp et al.12 ont découvert que l'intensité du laser est le paramètre pertinent définissant la température du plasma et la distribution de l'état de charge des ions d'étain lors de la variation de l'énergie et de la durée des impulsions laser, ce qui aiderait à obtenir une CE élevée. Les ions à haute énergie dans l'expansion du plasma contamineraient l'optique. Comprendre la dynamique d'expansion du plasma serait bénéfique pour optimiser les techniques d'atténuation des débris13,14,15. De plus, l'expansion du plasma affecte également la déformation de la goutte, qui n'a pas été suffisamment comprise. Par conséquent, l'étude de l'expansion du plasma est d'une grande importance pour les sources de lumière EUV.

La simulation numérique est une méthode efficace pour explorer la physique des plasmas dans les processus d'ablation au laser. L'expansion du plasma produit par laser se compose de deux étapes, l'expansion isotherme pendant l'impulsion et l'expansion adiabatique après l'impulsion16. Pour les simulations numériques, il est nécessaire de modéliser d'abord la génération de plasma, qui comprend principalement les interactions entre le laser et la cible et l'absorption d'énergie laser dans les plasmas.

Moscicki et Hoffman17,18 ont développé un modèle théorique pour l'interaction du faisceau laser avec la cible et le suivant avec le matériau évaporé et ont étudié l'effet de la longueur d'onde du laser sur les paramètres du plasma de carbone ablaté au laser. Galasso et al.19 ont proposé un modèle unifié pour le silicium par ablation laser, qui est utilisé pour déterminer la distribution de l'énergie laser entre la cible et le plasma. Trois mécanismes fondamentaux ont été identifiés comme facteurs principaux : la transition de l'élimination de la masse par évaporation à l'élimination volumétrique se produisant à la température critique, les processus collisionnels et radiatifs sous-jacents à l'étape initiale de formation du plasma et l'impact accru du mécanisme d'éjection de liquide. Wang et al. ont en outre examiné l'effet de protection contre le plasma pour simuler l'ablation par laser pulsé d'une cible en aluminium à l'aide d'une analyse par éléments finis20.

D'après l'examen des études numériques sur le plasma, il est évident que les modèles numériques seraient très compliqués si les mécanismes du plasma étaient considérés de manière exhaustive et apportaient un grand défi pour le développement de modèles numériques. Cependant, l'expansion adiabatique du plasma est également critique pour la source de lumière EUV. Dans un système de tir à double impulsion, cela affecte la déformation de la cible de gouttelettes après la pré-impulsion et l'émission de l'EUV après l'impulsion principale. La complexité des modèles physiques au cours du laser pulsé a empêché les chercheurs de mener d'autres études sur l'expansion adiabatique du plasma. Il est donc important de développer un modèle plus efficace pour traiter ces processus physiques complexes sur la base d'hypothèses appropriées.

Su et al.21 ont développé un modèle hydrodynamique de rayonnement simplifié qui considère l'équation de transfert radiatif pour étudier les propriétés de rayonnement et l'évolution dynamique des ions hautement chargés dans un plasma produit par laser dans le vide. Aggoune et al.22 ont étudié les caractéristiques de dilatation d'une vapeur métallique en supposant une distribution plasma initiale. Ces travaux ont ignoré le mécanisme physique complexe de la formation du plasma et traitent le plasma avec une certaine forme et un certain état comme distribution initiale pour étudier son processus d'expansion adiabatique, ce qui peut grandement simplifier le modèle physique du plasma.

Dans les modèles simplifiés, étant donné que la forme et l'état du plasma initial doivent être supposés en premier, il est défini ici comme la méthode du plasma initial. Bien que certains mécanismes physiques soient ignorés dans les modèles simplifiés, des résultats intéressants peuvent encore être obtenus, prouvant que la méthode plasma initiale est très efficace23.

Jusqu'à présent, la méthode plasma initiale n'a été utilisée que pour les cibles planes et il n'existe aucun modèle adapté aux cibles de gouttelettes. En raison de la forme sphérique de la goutte, il n'existe aucune contrainte sur l'expansion au-delà du diamètre de la goutte et l'expansion du plasma à la surface de la goutte ne peut pas être analysée théoriquement comme dans le cas d'une cible plane24. La méthode plasma initiale doit être étendue pour s'adapter à davantage de situations. La surface cible est irritée par une impulsion laser et éjecte des particules de vapeur dues au changement de phase, qui seront ionisées en plasma25. Le plasma continue d'absorber l'énergie laser et se dilate, ce qui peut être identifié comme une expansion isotherme jusqu'à ce que l'impulsion laser soit terminée. Bien que le processus physique soit assez complexe, il peut être considéré comme dominé par le plasma. Pour la modélisation numérique, il est raisonnable de supposer que le plasma est éjecté directement de la surface cible dans un certain état. Ainsi le modèle physique est simplifié en physique des hautes énergies et sera plus performant en dynamique des fluides. Sous cette hypothèse, la méthode plasma initiale peut être utilisée pour simuler l'expansion du plasma, la propulsion du plasma et la déformation des gouttelettes induite par le plasma.

Dans cet article, un modèle numérique de l'expansion du plasma à la surface des gouttelettes basé sur la méthode plasma initiale est proposé. Le plasma initial a été obtenu par la condition aux limites d'entrée de pression. L'effet de la pression ambiante sur le plasma initial et l'expansion adiabatique du plasma sur la surface des gouttelettes, y compris l'effet sur la vitesse et la distribution de température, sont étudiés.

Pour réduire la complexité du problème, des hypothèses sont faites pour la simplicité. Le plasma est en équilibre thermodynamique local (ETL) et est considéré comme un mélange de deux espèces : la vapeur métallique et le gaz ambiant. L'écoulement est traité comme un fluide compressible et suit la loi des gaz parfaits.

Les équations gouvernantes sont la conservation de la masse (continuité), Eq. (1), quantité de mouvement, éq. (2), et l'énergie, Eq. (3).

où ρ est la densité, U est le vecteur vitesse, p est la pression, μ est la viscosité dynamique, Cp est la chaleur spécifique, κ est la conductivité thermique et εr est le coefficient d'émission net (NEC).

Les équations de transport pour le modèle de turbulence standard k-ε sont :

où k est l'énergie cinétique de turbulence, ε est son taux de dissipation, μt est la viscosité turbulente, Yi est la fraction massique de chaque espèce, Gk représente la génération d'énergie cinétique de turbulence, Ym représente la contribution de la dilatation fluctuante dans la turbulence compressible, C1ε, C2ε, σk et σε sont des constantes.

Les équations de transport des espèces dans les écoulements turbulents sont :

Dans l'équation de transport, Yi est la fraction massique, Dm i est le coefficient de diffusion massique (m2/s) et Sct est le nombre de Schmidt turbulent.

Le domaine de calcul est axisymétrique avec une dimension de 1 mm × 0, 6 mm, comme illustré à la Fig. 1a. Le demi-cercle représente la surface des gouttelettes et le rayon des gouttelettes R0 = 25 μm. Le demi-cercle gauche où le laser s'illumine et le plasma initial est créé est conçu comme une entrée d'injection de matériau (marqué comme la face avant) et le demi-cercle droit est traité comme un mur (marqué comme la face arrière). Le modèle physique sera décrit en détail ci-dessous.

Schéma de (a) domaine de calcul, et (b) maillage.

Étant donné que le plasma se dilate à une vitesse phénoménale, la compressibilité doit être prise en compte. Pour simuler le processus d'éjection du plasma de la surface avant, la condition aux limites d'entrée de pression est utilisée. Le plasma initial est formé en raison de l'irradiation laser, avec des durées d'impulsion typiques allant de 3 à 10 ns9,26,27,28,29, donc ici l'entrée de pression est maintenue pendant 3 ns pour obtenir la distribution initiale du plasma, après quoi plus aucun matériau n'est éjecté, et la condition aux limites est définie comme un mur. La température initiale du plasma et la densité numérique pour la condition aux limites d'entrée de pression sont T = 30 000 K et na = 1 × 1019 cm−3, qui sont tirées des paramètres thermodynamiques typiques du plasma30,31. Étant donné que le champ d'écoulement est dans un état supersonique à ce stade, un raffinement du maillage de la région de 200 µm à l'extérieur de la surface des gouttelettes est nécessaire pour obtenir des résultats de simulation plus précis et pour maintenir la stabilité des itérations numériques, voir Fig. 1(b).

Puisque Kurilovich et al.32 ont souligné que le plasma a un effet notable sur la cible des gouttelettes dans les 30 à 50 ns après la fin du laser, l'expansion adiabatique du plasma initial a été simulée pendant 30 ns et l'effet de la pression ambiante sur le plasma initial ainsi que l'expansion adiabatique ont été étudiés. Les équations gouvernantes sont résolues numériquement dans Ansys Fluent 16.0.

Ici, le plasma est supposé être un mélange de vapeur de fer et d'argon, et les coefficients de transport sont tirés des calculs de Murphy33. Dans le plasma chaud, le transport du rayonnement ne peut être ignoré et le traitement efficace est la méthode du coefficient d'émission net (NEC)34,35. Les propriétés de transport du plasma sont représentées sur la figure 2 en fonction de la température.

Coefficients de transport du plasma (a) chaleur spécifique, (b) conductivité thermique, (c) viscosité et (d) coefficient d'émission net.

Pour vérifier que le modèle peut simuler l'expansion du plasma, la dynamique du panache doit être étudiée quantitativement. Après la formation du plasma initial, la distance d'expansion du plasma R(t) (par rapport à (0,0) le long de l'axe des x) à des pressions ambiantes de 100 Pa et 1000 Pa est comparée sur la Fig. 3. On peut voir qu'elle suit le modèle de choc à une pression ambiante de 100 Pa et suit le modèle de traînée à une pression ambiante de 1000 Pa. Les résultats de la simulation sont en bon accord avec l'étude expérimentale de Sharma et al.36. Il convient de noter que la distance d'expansion en fonction du temps dans le vide suit une relation linéaire, différente de celle des gaz ambiants37,38.

Distance d'expansion du plasma en fonction du temps à différentes pressions ambiantes.

La température est un paramètre clé du plasma. Pour une vérification plus approfondie de la distribution de température à partir du modèle, les simulations sont effectuées avec une taille cible de 0,4 mm2 et une durée d'impulsion laser de 6 ns à pression atmosphérique, ce qui correspond à la configuration expérimentale de Barthélemy et al. Les résultats de simulation sont en bon accord avec les données expérimentales et de calcul.

Évolution temporelle de la température du plasma obtenue à partir des (a) simulations, (b) calculs de modèles et (c) mesures expérimentales par Barthélemy et al.39.

La fraction massique, la vitesse et la distribution de température du plasma initial sur la surface des gouttelettes à différentes pressions ambiantes sont illustrées à la Fig. 5, où pa est la pression ambiante. La taille initiale du plasma est plus grande à une pression ambiante relativement plus faible. La présence de fronts de choc sur le bord extérieur se manifeste par une région de valeurs maximales dans les contours de vitesse et de température, comme le montrent les Fig. 5b, c. Ce modèle peut prédire la génération d'ondes de choc lors de l'expansion rapide du plasma, ce qui a été largement observé dans les expériences lorsqu'un laser atteint une cible40,41.

Effet de la pression ambiante sur (a) la fraction massique, (b) la vitesse et (c) la température pour le plasma initial.

Comme le plasma est imagé en raison de sa lumière émise à haute température, la distribution de température du plasma initial est comparée à l'image capturée au tout début de l'expérience de plasma de gouttelettes d'étain produit par laser9, et les résultats sont illustrés à la Fig. 6. On peut voir qu'au stade précoce de la formation de plasma sur une surface de gouttelettes, la cible de gouttelettes a été immergée dans le plasma chaud. Les résultats de la simulation sont cohérents avec les observations expérimentales. Les profils de vitesse et de température sur l'axe sont représentés sur la figure 7. On peut voir qu'à basse pression ambiante, le plasma peut obtenir une plus grande vitesse d'expansion, ce qui implique une plus grande dimension du plasma initial. La température atteint une valeur extrême à la position du maximum de vitesse, ce qui est dû aux sauts de paramètres physiques tels que la vitesse, la température, la pression et la densité qui se produisent avant et après le front de choc42,43.

(a) Le plasma initial, et (b) l'image du plasma de gouttelettes d'étain produit par laser dans l'expérience de Kurilovich et al.9.

(a) Vitesse, et (b) profils de température à l'axe dans le plasma initial.

L'effet de la pression ambiante sur l'expansion adiabatique du plasma sur la surface de la gouttelette est illustré à la Fig. 8. Le plasma se dilate à la fois vers l'avant et vers l'arrière de la gouttelette, tendant à encercler la gouttelette, et la tendance à encercler est plus remarquable à des pressions ambiantes plus basses. Ce phénomène est significativement différent de l'expansion du plasma sur une cible plane car la goutte ne confine pas l'expansion du plasma.

Effet de la pression ambiante sur (a) la fraction massique, (b) la vitesse et (c) la température pour l'expansion du plasma à 30 ns.

Les profils de vitesse et de température sur l'axe à 30 ns sont tracés sur la Fig. 9. Le gaz ambiant affaiblissant l'énergie cinétique de l'expansion du plasma, l'augmentation de la pression ambiante entraîne une diminution significative des valeurs maximales de vitesse lors de l'expansion adiabatique du plasma. Pendant ce temps, le plasma perd plus d'énergie en raison de la conduction thermique et du rayonnement à une pression ambiante plus élevée, ce qui entraîne une température plus basse.

(a) Vitesse et (b) profils de température à l'axe pour l'expansion du plasma à 30 ns.

La figure 10 illustre le vecteur vitesse et la distribution de l'énergie cinétique dans l'expansion du plasma. On peut constater que le plasma se dilate radialement avec la gouttelette au centre de la Fig. 10a. Plus la pression ambiante est faible, plus l'énergie cinétique d'expansion ainsi que l'impact sur l'arrière de la goutte sont importants.

Effet de la pression ambiante sur l'expansion du plasma (a) les vecteurs de vitesse et (b) l'énergie cinétique.

Un modèle numérique de l'expansion du plasma à la surface des gouttelettes basé sur la méthode du plasma initial est proposé dans cet article. Les effets de la pression ambiante sur le plasma initial et l'expansion adiabatique du plasma sur la surface des gouttelettes sont étudiés. En général, la pression ambiante diminue, entraînant une augmentation du taux de détente et de la température et donc la formation d'un plasma de plus grande taille. Le plasma sur la surface de la goutte se dilate radialement et affecte également l'arrière de la goutte, indiquant qu'une force d'entraînement vers l'arrière est générée. Finalement, le plasma enveloppera toute la cible de gouttelettes, ce qui est une différence significative par rapport à l'expansion du plasma sur une cible plane. Sur la base de ce modèle, les distributions ioniques ainsi que les propriétés spectrales de la source lumineuse EUV peuvent être étudiées plus avant si l'ionisation et le transfert radiatif sont pris en compte.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Scheers, J. et al. Spectroscopie rigide optique résolue dans le temps et dans l'espace dans la rémanence d'un plasma de gouttelettes d'étain produit par laser. Phys. Rév. E. 102, 13204 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Giovannini, AZ, Gambino, N., Rollinger, B. & Abhari, RS Distribution angulaire des espèces d'ions dans les plasmas produits par laser à base de gouttelettes. J. Appl. Phys. 117, 33302 (2015).

Article Google Scholar

Hori, T. et al. Mise à jour de la technologie des composants clés de la source lumineuse 100W EUV pour Hvm 977625 (SPIE, 2016).

Google Scholar

Yanagida, T. et al. Caractérisation et optimisation de l'atténuation des particules d'étain et de l'efficacité de conversion EUV dans une source de lumière EUV plasma produite par laser 79692T (SPIE, 2011).

Google Scholar

Kawasuji, Y. et al. Mise à jour technologique des composants clés de la source lumineuse Lpp-Euv haute puissance 250 W 101432G (SPIE, 2017).

Google Scholar

Mizoguchi, H. et al. Mise à jour de l'état de développement de la source Euv pour la lithographie Hvm. J. Laser Micro Nanoeng. 11, 276-284 (2016).

Article CAS Google Scholar

Gelderblom, H. et al. Déformation de goutte par impact d'impulsion laser. J. Fluid Mech. 794, 676–699 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Klein, AL, Lohse, D., Versluis, M. & Gelderblom, H. Appareil pour contrôler et visualiser l'impact d'une impulsion laser à haute énergie sur une cible liquide. Rev. Sci. Instrument. 88, 95102 (2017).

Article Google Scholar

Kurilovich, D. et al. Propulsion plasma d'une microgouttelette métallique et sa déformation sous impact laser. Phys. Rév. Appl. 6, 14018 (2016).

Article Google Scholar

Sato, Y. et al. Profils spatiaux de la densité électronique, de la température électronique, de la charge ionique moyenne et de l'émission Euv des plasmas de Sn produits par laser pour la lithographie Euv. Jpn. J. Appl. Phys. 56, 36201 (2017).

Article Google Scholar

Sasaki, A. et al. Modélisation de l'interaction initiale entre l'impulsion laser et la cible de gouttelettes de Sn et la formation du pré-plasma pour la source Lpp Euv 97762C (SPIE, 2016).

Google Scholar

Schupp, R., Torretti, F., Meijer, RA, Bayraktar, M. & Versolato, OO Génération efficace de lumière ultraviolette extrême à partir de plasma de microgouttelettes d'étain piloté par Nd: Yag. Phys. Rév. Appl. 12, 014010 (2019).

Article ADS CAS Google Scholar

Hudgins, D., Gambino, N., Rollinger, B. et Abhari, R. Dynamique des débris d'amas neutres dans les sources de plasma produites par laser à base de gouttelettes. J.Phys. D 49, 185205–185217 (2016).

Annonces d'article Google Scholar

Gambino, N., Brandstätter, M., Rollinger, B. & Abhari, R. Un détecteur de réseau de sondes langmuir hémisphérique pour les mesures angulaires résolues sur des plasmas produits par laser à base de gouttelettes. Rev. Sci. Instrument. 85, 93302 (2014).

Article Google Scholar

Poirier, L. et al. Émission d'ions fortement anisotrope dans l'expansion du plasma produit par Nd:Yag-Laser. Phys. Plasmas. 29, 123102 (2022).

Article ADS CAS Google Scholar

Murakami, M., Kang, YG, Nishihara, K., Fujioka, S. & Nishimura, H. Spectre d'énergie ionique d'un laser-plasma en expansion avec une masse limitée. Phys. Plasmas. 12, 62706 (2005).

Article Google Scholar

Hoffman, J., Moscicki, T. & Szymanski, Z. L'effet de la longueur d'onde laser sur le chauffage du panache de carbone ablaté. Appl. Phys. A 104, 815–819 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Moscicki, T., Hoffman, J. & Szymanski, Z. L'effet de la longueur d'onde laser sur le plasma de carbone induit par laser. J. Appl. Phys. 114, 83306 (2013).

Article Google Scholar

Galasso, G., Kaltenbacher, M., Tomaselli, A. & Scarpa, D. Un modèle unifié pour déterminer la répartition de l'énergie entre la cible et le plasma dans l'ablation laser nanoseconde du silicium. J. Appl. Phys. 117, 123101 (2015).

Annonces d'article Google Scholar

Wang, Y. & Hahn, DW Un modèle d'éléments finis simple pour étudier l'effet de l'expansion du panache de plasma sur l'ablation laser pulsée nanoseconde de l'aluminium. Appl. Phys. A 125, 654 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Su, MG et al. Analyse de l'évolution du rayonnement Euv des plasmas d'étain produits par laser sur la base d'un modèle d'hydrodynamique du rayonnement. Sci. Rep.-UK 7, 45212 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Aggoune, S., Vidal, F. & Amara, EH Etude numérique de l'expansion d'un plasma de vapeur métallique par une impulsion laser nanoseconde. Appl. Phys. A 101, 167-171 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Min, Q. et al. Propriétés de rayonnement et évolution hydrodynamique des ions hautement chargés dans un plasma de silicium produit par laser. Opter. Lett. 41, 5282 (2016).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Stapleton, MW, McKiernan, AP & Mosnier, JP Dynamique de l'expansion et conditions d'équilibre dans un panache d'ablation laser du lithium : modélisation et expérimentation. J. Appl. Phys. 97, 64904 (2005).

Article Google Scholar

Brandstätter, M., Gambino, N. & Abhari, RS Dynamique ionique résolue dans le temps et dans l'espace des plasmas d'étain produits par laser à base de gouttelettes dans la direction de l'expansion latérale. J. Appl. Phys. 123, 43308 (2018).

Article Google Scholar

Torrisi, L. et al. Plasma de carbone produit sous vide par ablation par impulsions laser 532 Nm–3 Ns. Appl. Le surf. Sci. 252, 6383–6389 (2006).

Article ADS CAS Google Scholar

Zeng, X., Mao, XL, Greif, R. & Russo, RE Étude expérimentale de l'efficacité de l'ablation et de l'expansion du plasma lors de l'ablation laser femtoseconde et nanoseconde du silicium. Appl. Phys. A 80, 237-241 (2005).

Article ADS CAS Google Scholar

Vogt, U. et al. Mise à l'échelle d'une source de plasma laser à jet d'eau liquide à une puissance moyenne élevée pour la lithographie ultraviolette extrême 535–542 (SPIE, 2001).

Google Scholar

Klein, AL et al. Mise en forme de gouttes par impact d'impulsion laser. Phys. Rév. Appl. 3, 044018 (2015).

Annonces d'article Google Scholar

De Giacomo, A., Dell'Aglio, M., Gaudiuso, R., Amoruso, S. & De Pascale, O. Effets de l'environnement de fond sur la formation, l'évolution et les spectres d'émission des plasmas induits par laser. Spectrochim. Acta Partie B 78, 1–19 (2012).

Annonces d'article Google Scholar

Shabanov, SV & Gornushkin, IB Modèles axisymétriques bidimensionnels de plasmas induits par laser pertinents pour la spectroscopie de claquage induite par laser. Spectrochim. Acta Partie B 100, 147-172 (2014).

Article ADS CAS Google Scholar

Kurilovich, D. et al. Mise à l'échelle en loi de puissance de la pression plasma sur des microgouttelettes d'étain ablatées au laser. Phys. Plasmas 25, 12709 (2018).

Article Google Scholar

Murphy, AB Les effets de la vapeur métallique dans le soudage à l'arc. J.Phys. D 43, 434001 (2010).

Annonces d'article Google Scholar

Abdo, Y., Rohani, V. & Fulcheri, L. Une méthode optimale pour le calcul du paramètre Rs de l'approche d'approximation du coefficient d'émission net pour déterminer les caractéristiques électriques et thermiques des arcs de plasma. J.Phys. D 50, 445202 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Gleizes, A., Gonzalez, JJ, Liani, B. & Raynal, G. Calcul du coefficient d'émission net des plasmas thermiques dans les mélanges de gaz avec de la vapeur métallique. J.Phys. D 26, 1921-1927 (1993).

Article ADS CAS Google Scholar

Sharma, AK & Thareja, RK Dynamique du panache du plasma d'aluminium produit par laser dans l'azote ambiant. Appl. Le surf. Sci. 243, 68–75 (2005).

Article ADS CAS Google Scholar

Mahmood, S., Rawat, RS, Springham, SV, Tan, TL et Lee, P. Étude de l'ablation des matériaux et de l'expansion du panache de plasma à partir de cibles de Fe et de graphite dans une atmosphère de gaz Ar. Appl. Phys. A 101, 695–699 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Sankar, P., Shashikala, HD & Philip, R. Dynamique ionique d'un plasma d'aluminium produit par laser à différentes pressions ambiantes. Appl. Phys. R. https://doi.org/10.1007/s00339-017-1417-0 (2018).

Article Google Scholar

Barthélemy, O. et al. Influence des paramètres laser sur les caractéristiques spatiales et temporelles d'un plasma d'aluminium induit par laser. Spectrochim. Acta Partie B 60, 905–914 (2005).

Annonces d'article Google Scholar

Cao, SQ et al. Dynamique et distribution de densité d'un plasma produit par laser par interférométrie optique. Phys. Plasmas 25, 63302 (2018).

Article Google Scholar

Sai Shiva, S. et al. Rôle des modèles d'absorption laser et d'équation d'état sur le plasma ablatif induit par laser ns et la dynamique des ondes de choc dans l'air ambiant : investigations numériques et expérimentales. Phys. Plasmas 26, 72108 (2019).

Article Google Scholar

Qiu, R. et al. Approche cinétique mésoscopique pour étudier les effets hydrodynamiques et thermodynamiques hors d'équilibre de l'onde de choc, de la discontinuité de contact et de l'onde de raréfaction dans le tube de choc instable. Phys. Rév. E. 103, 53113 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Zhang, Z. & Gogos, G. Théorie de la propagation des ondes de choc lors de l'ablation au laser. Phys. Rév. B 69, 235401–235403 (2004).

Annonces d'article Google Scholar

Télécharger les références

Ce travail a été soutenu conjointement par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine sous le numéro de subvention 51776031 et les fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales (n° DUT19LAB04).

Key Laboratory of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, Chine

Zhenyu Zhao et Weizhong Li

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

ZZ a effectué les simulations et rédigé le manuscrit. WL a révisé le manuscrit.

Correspondance à Zhenyu Zhao.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Zhao, Z., Li, W. Simulation numérique de l'expansion du plasma produit par laser sur une surface de gouttelettes. Sci Rep 13, 4085 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31069-x

Télécharger la citation

Reçu : 29 juin 2022

Accepté : 06 mars 2023

Publié: 11 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-31069-x

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.