脉冲激光沉积技术(Pulsed Laser Deposition简称PLD)是20世纪80年代后期发展起来的、当前最常用和最富有活力的薄膜制备方法之一。在脉冲激光沉积过程中,等离子体的速度及其密度的分布将直接影响薄膜的沉积质量,因而等离子体膨胀过程的研究显得尤为重要。一些文献采用的关于等离子体膨胀动力学是建立在空间整体粒子数守恒和动量守恒的基础上得到的,且往往未考虑等离子体的电离效应,从而造成理论结果与实验观测有较大偏差。基于此,本文提出了纳秒脉冲激光沉积过程中新的等离子体膨胀动力学模型。首先,根据更精确的局域质量守恒和动量守恒,而不是整体守恒定律,其次,考虑了等离子体的电离效应,导出了一组在柱面坐标系下纳秒脉冲激光沉积中新的等离子体膨胀动力学方程。结果发现:(1)、等离子体的电离效应加速等离子体在各个方向的膨胀,其作用相当于为等离子体的膨胀提供了一个新的动力源,是不可忽略的因素。(2)、无论在等温膨胀阶段还是在绝热膨胀阶段,等离子体的速度分布具有自相似的特性,但在不同方向其表达形式是不同的,这是等离子体膨胀的必然结果,而非人为假定。(3)、脉冲激光与靶材作用结束后,等离子体整体会高速脱离靶材。这与实验是一致的。(4)、影响等离子体膨胀的动力学因素有:等离子体的温度、尺寸、粒子的质量、电离度和绝热系数。从新的等离子体膨胀动力学方程组出发,通过有限差分法,对PLD技术制备类金刚石薄膜时产生的等离子体在真空中的演化进行了模拟,并与其它模型及实验结果作了比较。结果发现:在脉冲激光与靶材相互作用阶段,靶材表面中心处等离子体的密度急剧增大,很快达到饱和值并几乎保持不变;相比其它模型,等离子体边缘速度在不考虑电离度的情况下有明显的提高;在考虑电离效应时,其边缘速度要大的多;我们模型的模拟结果与相关实验观测到的等离子体特征能更好的吻合。