單晶金剛石性能優(yōu)異，卻是典型的難加工材料，嚴(yán)重制約了相關(guān)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究進(jìn)展。近年來，脈沖激光加工已逐漸推廣用于單晶金剛石的切割、拋光及微納結(jié)構(gòu)加工，但在加工過程中易出現(xiàn)石墨化、位錯(cuò)生成等問題，進(jìn)而影響量子等功能特性，相關(guān)影響機(jī)理尚不明確，加工工藝有待優(yōu)化。針對上述問題，本研究構(gòu)建了脈沖激光加工金剛石的宏觀、微觀過程仿真模型，得出了激光加工過程中關(guān)鍵物理場的變化規(guī)律以及應(yīng)力波傳播、位錯(cuò)擴(kuò)展的規(guī)律；將激光加工與材料性能表征實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)研究了脈沖激光加工參數(shù)對單晶金剛石核心性能評價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律，據(jù)此完成了加工工藝參數(shù)的優(yōu)化。

1. 構(gòu)建可準(zhǔn)確描述脈沖激光加工單晶金剛石的過程中關(guān)鍵物理場分布規(guī)律的有限元仿真模型，完成典型工況下的仿真分析。

2. 分析脈沖激光加工單晶金剛石過程中的特定物理效應(yīng)，構(gòu)建可準(zhǔn)確描述其微觀過程的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，完成典型工況下的理論計(jì)算與分析。

3. 完成脈沖激光加工前后單晶金剛石的性能表征，分析處理工藝對其性能的影響規(guī)律及機(jī)理。

4. 初步完成量子級(jí)單晶金剛石脈沖激光加工工藝優(yōu)化。

1. 采用有限元仿真軟件COMSOL構(gòu)建了脈沖激光加工金剛石的宏觀過程仿真模型。研究了典型工況下激光加工工藝參數(shù)對關(guān)鍵物理場的影響規(guī)律，結(jié)合半無限大物體一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型推導(dǎo)得出對應(yīng)的解析解模型；深入分析了熱模型與雙溫度模型在計(jì)算飛秒激光與物質(zhì)相互作用時(shí)的差異。

2. 采用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件Lammps構(gòu)建了脈沖激光加工金剛石的微觀過程計(jì)算模型，深入探討了應(yīng)力波及殘余應(yīng)力對位錯(cuò)的影響；對比討論了宏觀仿真與微觀計(jì)算的主要異同。

3. 將激光加工與材料性能表征實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)研究了脈沖激光加工參數(shù)對單晶金剛石核心性能評價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律，據(jù)此完成了加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了從(1 0 0)到(1 1 1)晶面的高精度激光切割加工。