激光烧蚀金属的真空热电子发射测量

激光烧蚀固体表面开始于激光对表面层的加热，该阶段持续时间极短(与激光脉冲持续时间相当),随即加热层发生熔融、汽化和电离，形成烧蚀等离子体。烧蚀之前表面首先发生热电子发射，形成热发射电子流脉冲。本文以金属Cu、Al、Ti作为靶材，利用Nd:YAG脉冲激光在真空条件下引发烧蚀过程，针对热电子发射设计了一种测量电路，根据电路模型提出了计算热电子流强度的方法，并以此考查了烧蚀热电子发射行为，验证了该测量方法的可行性。该电路基于电流源短路测量原理设计，可以监测热电子流强度的时间演化。文中以热电子流密度的峰值为指标，分析了光斑面积对热电子发射的影响。表明：表面温升过程是决定热电子流密度的主要因素，而激光脉冲能量与光斑面积决定表面温升；当激光能量一定时，热电子流密度随光斑面积增加而迅速减小。根据包括烧蚀区温度及逸出功的热电子发射模型，讨论了三种靶材的烧蚀热电子发射行为，认为逸出功对热发射影响不大，而靶材熔点是热电子发射峰值电流密度的决定因素。