飞秒激光对氟化镁烧蚀机理研究
飞秒激光烧蚀研究进展
量开支。”
以原予水平测量
直到最近，还不能对反射镜面 几个原子高低的点进行准确测最。 两年前该组研制的一种干涉仪，获 得“研究与开发１００项”奖。浚干 涉仪称为“相移衍射干涉仪”（Ｐｓ— ＤＩ），它的研制成功改变了这一情
测量波前通过被测的光学系 统，在波面小产生像差，将其聚焦
ＶＯｌ ３９．Ｎｏｌ２ Ｄｅｃ ２００２
在另一光纤的端面。此处波面由光 纤端面的一个平射金属膜反射，与 参考波面产生干涉，形成干涉图 案。然后将此图案用电荷耦合相机 ｆ己录。
过去三年，利用此种干涉仪测 量＿『许多极紫外光学件，包括凹和 凸球面和球面镜以及完成的投影 系统。相移衍射干涉仪现已成为一 种町靠的生产Ｔ－具，测量那些非球 面光学件的总面形，其规格为 Ｏ ５ｆｍ或更小，已成功地测量低达 Ｏ ３５ｎｍ表面形状误差。里弗莫尔测 量组正将此系统升级，使之ＨＪ以＿｝｝＝『 来测量低到Ｏ．１５ｎｍ的总表面形状
况。” 像所有的干涉仪一样，此种干
涉仪使用两个光波的干涉网形来 测量物体和现象。这些光波波段通 常都不完美，因为发ｆ｛｛这些光波的 表而或透镜并不完美。仟何不完美 都会产生测量误差。此种“相移衍 射干涉仪”则用衍射产生近于完美 的球形波面。在相移衍射干涉仪 中，两光束分别通过两根光纤，当 光离开每根光纤的端而时，产生衍 射，形成近乎完美的球形波面。由 于两个波面独立产生，它们的相对 振幅和位相可被控制，可以进行对 比调节和相移，提供尽可能高的准 确度．
激光诱导烧蚀过程的建立需 要一定的时间且与激光场强度有 关。对给定激光脉宽，只有当激光 场强超过一定值时，等离子体密度 才能达到发生不可逆损伤时的阈 值。该临界值通常以激光能流闯值 来表示。研究表明：从连续波到脉 冲宽度几十个皮秒，烧蚀过程是离 子雪崩，始于内部电子。在该脉宽 范同，烧蚀能流密度阈值与脉宽的 平方根成比例。同时，从事超短脉 宽烧蚀阈值的研究也在进行…ｍ，并 发现偏离了脉冲宽度平方根法则。 更为重要的是，对长脉冲，能量在 很大范围内变动均可引起烧蚀，而 当使用超短激光脉冲时，情形发生 了巨大改变。如图４所示：烧蚀阈 值的波动限制在很小区域内，也就
飞秒激光加工sic的烧蚀阈值及材料去除机理
飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理研究一、概述飞秒激光作为一种新型的材料加工工具，因其独特的加工特性受到了广泛关注。
飞秒激光加工具有瞬间高能量密度，瞬间产生的高温和热应力使得材料可以被快速去除。
飞秒激光在微纳加工、材料去除以及医疗领域有着广泛的应用前景。
二、SiC材料的特性SiC是一种重要的功能陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、耐热性和化学稳定性，因此在航空航天、能源领域以及电子工业中有着广泛的应用。
然而，由于其高硬度和脆性，传统的机械加工方法难以对其进行精密加工。
而飞秒激光加工由于其独特的加工机理可以对SiC材料进行高精度加工。
三、飞秒激光对SiC材料的烧蚀阈值研究1. 飞秒激光烧蚀阈值的定义飞秒激光烧蚀阈值是指在材料表面形成微小凹坑所需要的最小脉冲能量密度。
烧蚀阈值的研究可以帮助我们了解飞秒激光对SiC材料的加工性能以及选择适当的加工参数。
2. 烧蚀阈值的实验测定通过在实验室中利用飞秒激光对SiC材料进行加工，在不同的能量密度下观察材料表面形成微小凹坑的能量阈值，从而确定飞秒激光对SiC 材料的烧蚀阈值。
3. 烧蚀阈值的影响因素烧蚀阈值的大小受多种因素影响，包括材料的性质、激光参数、加工环境等。
研究表明，SiC材料的烧蚀阈值与其晶格结构、折射率、熔点等有一定关系。
四、SiC材料去除机理研究1. 飞秒激光对SiC材料去除的机理飞秒激光材料去除的机理主要包括光热效应、等离子体和电子云效应、以及激光诱导的化学反应。
在对SiC材料进行飞秒激光加工的过程中，激光脉冲瞬间产生高能量密度，使得材料表面产生等离子体并形成一个离子云，最终导致材料的快速去除。
2. 材料去除机理的影响因素材料去除的机理受多种因素影响，包括激光参数、材料特性以及加工环境等。
研究表明，SiC材料的晶格结构、温度梯度、激光脉冲宽度等因素会对材料去除机理产生一定影响。
五、结语飞秒激光对SiC材料的加工具有着广泛的应用前景，但是对其烧蚀阈值和材料去除机理的研究仍然有待深入。
飞秒激光技术在化学反应中的应用研究
飞秒激光技术在化学反应中的应用研究随着科技的不断进步和发展，新的机会和挑战不断涌现。
现代化学也不例外，飞秒激光技术的出现，使得化学研究有了更多的可能性。
而使用飞秒激光技术，可以更加深入的研究化学反应，探究反应机制、反应动力学等重要问题。
一、飞秒激光技术的应用飞秒激光技术是一种高新技术，其波长范围在纳米至亚纳米级别，时间尺度在飞秒至皮秒级别。
使用飞秒激光技术，可以实现对物质的高精度光学控制和探测，同时还能对物质的光学、电子、原子和分子间的相互作用进行研究。
目前，飞秒激光技术的应用范围非常广泛，例如在微加工、光子学、多光子共振成像、化学反应研究等领域有着广泛的应用。
尤其在化学反应研究中，飞秒激光技术被广泛应用于反应动力学、反应机制的研究。
二、飞秒激光技术在化学反应中的应用研究化学反应研究是化学领域中的重要方向之一，研究反应机制和反应动力学，对于实现所期望的反应条件、反应路径、反应速率等有着重要的指导意义。
可以说，化学反应的研究是化学发展的基础和保障。
在传统的化学反应研究中，化学反应的机理和速率往往是模糊的，难以观测，而使用飞秒激光技术，则可以清晰直观地观测到化学反应的机理和速率，从而深入探究其反应规律和机理。
1. 飞秒激光技术观测化学反应动力学化学反应的动力学研究是化学研究的一项重要内容。
在传统的化学反应动力学研究中，通常需要对化学反应中产物的浓度、反应物消耗速率等数据进行分析。
而使用飞秒激光技术，可以跟踪反应过程中分子内键键脆性的变化，直接测量反应的动力学参数，例如反应速率常数、激发态寿命等。
2. 飞秒激光技术探究化学反应机理化学反应的机理是反应动力学的基础。
在飞秒激光技术的帮助下，研究者们通过测量反应物和中间产物的振动频率、分子内脆性、单独反应步骤等参数，探究了众多化学反应的机理。
例如，在石墨烯制备中的反应机理研究中，飞秒激光技术被广泛应用。
研究人员可以通过飞秒激光的 impulsive Raman spectroscopy 技术，实时地测量二氧化碳和氢气在钯催化剂上的反应过程。
飞秒脉冲激光烧蚀靶材机理的探讨
摘 要： 飞秒脉 冲激光烧蚀靶 材的研 究发现 ， 激光和靶材 的相 互作用不遵 守傅 立叶定律 ， 热烧蚀模 型不再适 用。本文 首
先分析 了 究超短脉 冲激光烧蚀过程 中电子和 离子亚 系统之 间相互作用程度 的双温模 型 ， 出发 ， 研 由此 结合飞秒脉 冲激光
激光和固体相互作用的过程在 ｌＯ ｓ Ｏ ｎ 左右的时间内完 成， 这是一个 复杂和剧烈 的瞬态过程 ， 它与激 光的波
其中 、 为电子及晶格系统 的温度， ｃ 为电 ｃ 子及晶格系统单位体积的比热容 ， 为电子热传导率 ， ｇ 为电子与晶格耦合的特征参数 ， （ ，） Ａ ｔ为与激光脉
冲相对应 的热源项。 以该模型为基础 ，９４年 ， 国学者 Ｊ ． ｕｎ １８ 英 ．Ｇ Ｆｊ 一 ｉ
收稿 日期 ：０ ０— ６— ０ ２１ ０ ２
长、 脉冲宽度、 脉冲能量和 固体的成分、 结构有关 。从
・
５ ・ ４
ｍ ｔ用皮秒与飞秒激光器对铜材 料进行 了确定耦合 ｏ ｏ
特征参数的研究。１８ 年 ， ９７ 美国学者 Ｈ Ｅ Ｅｓｙｄ ． ． ｌ ｅ一 ａ 利用 １０ 及 ３０ｓ ５ｆ ｓ ０ｆ 的激光脉冲研究热量在铜薄片 中的传导 ， 发现了电子与晶格的温度差异 ， 得出电子与 光子的能量传递过程为几个 皮秒的量级 ， 并随着激光 能量的提高而延长。１８ ９ ８年 ， 加拿大学者 Ｐ ．Ｃｒ ．Ｂ ｏ － ｋｍ对 双温模 型进 行 了解 析 求解 ， 与 铜 和 钼烧 蚀 阈 ｕ 并 值的实验值进行比较 ， 认为脉冲间隔小于纳秒量级时 ， 用双温模型可以很好地理解激光脉冲作用于金属时引 起 的损伤 。 对 金属 材料 ，９ ６年 德 国学 者 Ｂ ．Ｃ ｉ ｋｖ用 １９ ．Ｎ ｈｃ ｏ ｈ 钛宝石激光脉 冲烧蚀金 属靶材料研 究。利用 双温方 程， 在不同的激光脉冲间隔内， 约化双温方程 ， 求得解 析解 ， 定量地揭示了飞秒激光烧蚀材料较 长脉冲具有 规则形状 ； 同时， 在脉冲间隔为纳秒量级 时的解析解 ， 揭示了烧蚀率对能流域值 的对数关 系， 关系也适用 该 于半导体材料及聚合物 。 ２０ ０２年，．Ｋ ｈｎ等 ， Ｊ ．Ｃ ｅ 综合 双温模型及热 电子 爆炸模式 ， 在假定单轴应变三维高压条件下 ， 提出一系 列相互关联的瞬时热 弹性变形方程。数值结果表明 ， 在超短脉冲激光烧蚀过程 中， 非熔融态损 伤 占支配地 位， 这种非熔融态损伤主要动力来源于热 电子爆炸力 。 ４ 飞秒 激光烧 蚀靶 材
飞秒激光在化学反应中的应用研究
飞秒激光在化学反应中的应用研究时光荏苒，科技发展迅猛，人类对自然界的探索也从来没有停歇。
随着激光技术的不断进步，科学家们发现飞秒激光的应用潜力是非常巨大的。
近年来，飞秒激光在化学反应领域的应用研究引起了广泛关注。
本文将详细介绍飞秒激光在化学反应中的应用研究进展。
1. 飞秒激光简介飞秒激光是指光的脉宽在飞秒级别的激光，其波长通常在可见光谱范围内。
由于其极短的脉宽，飞秒激光能够在纳秒或微秒级别的化学反应中扮演重要的角色。
飞秒激光技术的应用使得化学反应中大分子的动力学和反应机制得到了更深入的研究，同时也促进了很多新颖的化学合成方法的发展。
2. 飞秒光谱学飞秒光谱学是飞秒激光技术在化学反应研究中应用最广泛的分析方法之一。
它利用飞秒激光的短脉冲作用于样品，通过测量激光与物质作用后的反应光谱，可以研究样品的结构、动力学和反应机制等信息。
例如，研究铜催化的烯丙基化反应过程，通过用飞秒激光激励多巴胺硫酸盐和烯酰丙酮，并以飞秒光谱学技术对过程进行追踪，研究者发现产生的中间体是超短寿命的共轭亚胺光物种[1]。
这种光物种提供了反应中间体进一步形成和产物选择性的进一步理解。
3. 飞秒激光反应动力学与传统的化学反应动力学相比，飞秒激光反应动力学技术能够实现纳秒或微秒级别的分辨率，因此对反应中间体和反应路径的研究更为详细和全面。
通过控制反应路径中不同键的断裂和形成，飞秒激光可以控制对化学反应的直接激发，从而使反应更加高效和可选择性。
例如，近期的研究表明，飞秒激光可以用于调节金属催化的还原烯烃反应。
利用飞秒激光技术而不是传统的热激发法，可以实现选择性还原烯烃的反应路径而不是烯丙基化反应[2]。
4. 飞秒激光在化学合成中的应用在化学合成领域，飞秒激光技术可用于获得百毫秒级或纳秒级别的反应时间。
这种技术可以提高反应的收率和选择性，并降低对催化剂的使用量。
此外，飞秒激光也可以用于合成高分子材料，例如聚合物和碳纳米管等。
例如，在芳香性还原的研究中，飞秒激光可以帮助研究者将反应路径从亚胺中间体直接往烯丙基化反应而不是反式加氢转移，从而获得更高的产率和选择性[3]。
飞秒激光光谱技术在化学反应动力学研究中的应用
飞秒激光光谱技术在化学反应动力学研究中的应用在化学反应动力学研究中，学者们一直在寻求新的科技手段，以更加准确和快速地探索化学反应的本质。
飞秒激光光谱技术是近年来发展起来的一种强有力的工具，为化学动力学研究提供了一个新的方向和途径。
本文将深入探讨飞秒激光光谱技术在化学反应动力学研究中的应用，并介绍其优点和不足之处。
飞秒激光光谱技术是一个非常新颖的技术，它的主要原理是利用飞秒激光的高能量来激发和产生化学反应的过渡态。
通过使用激光光谱仪，可以测量反应体系在若干不同时间点的光谱特征，进而分析化学反应的动力学过程。
飞秒激光光谱技术可以很好地解决其他技术手段在化学动力学研究中面临的一些问题，例如传统的光学光谱技术具有时间分辨率限制，而飞秒激光光谱技术可以实现纳秒和皮秒级别的时间分辨率。
因此，飞秒激光光谱技术在化学反应动力学研究中拥有广泛的应用前景。
在实际的研究中，飞秒激光光谱技术的应用可以涵盖多个方面。
例如，在光学化学反应研究中，飞秒激光光谱技术可以帮助我们探究高激发态分子的构型和动力学行为。
在生物化学反应研究中，这种技术可以被用于研究光合作用和蛋白质结构等问题。
同时，飞秒激光光谱技术还可以与其他技术手段相结合，例如配合分子动力学模拟来开发新的反应机理，使我们更深入地探究化学反应的本质和规律。
使用飞秒激光光谱技术在化学反应动力学研究中有许多优点。
首先，这种技术可以提供纳秒和皮秒级别的时间分辨率，这极大地拓展了我们对化学反应动力学过程的认知深度。
其次，飞秒激光光谱技术具有非常高的准确性和精度，可以测量非常微小的反应中间体和过渡态的光谱特征，从而揭示化学反应的机理。
最后，飞秒激光光谱技术相对于传统的技术常常具有更强的灵敏性和选择性，这使得它在实际应用中更加灵活和方便。
然而，飞秒激光光谱技术也有一定的局限性。
首先，这种技术对反应进程中含量少的中间体和过渡态的研究表现得更加出色，而对于反应中包含的大分子（如蛋白质）的研究还存在一定的局限性。
飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究的开题报告
飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究的开题报告摘要：飞秒激光作为一种新型的出色激光，由于它具有极短的脉冲宽度、高功率、高频率等优点，已成为物理、生物、化学和制造工艺等领域研究中的关键技术。
本次研究将探索飞秒激光与固体材料相互作用机制，并研究其在材料加工、纳米加工、光信息存储等领域的应用。
首先，本研究将介绍飞秒激光与固体材料相互作用机制。
通过调节飞秒激光的强度、波长等参数来控制相互作用的过程，分析其中的物理原理。
其次，本研究将探索飞秒激光在材料加工中的应用。
当飞秒激光在固体材料中作用时，会生成微观的物理过程，导致材料减少或增加，从而达到各种目的。
例如在晶圆加工中，飞秒激光可以快速切割、钻孔和离子注入等。
此外，在纳米加工中，飞秒激光还可以利用其特殊的聚焦特性来制造超精细纳米结构。
最后，本研究将探索飞秒激光在光信息存储方面的应用。
由于其高分辨率、高速度和无损数据读写的能力，飞秒激光被视为未来光存储技术的重要组成部分。
最终，本研究的目的是为了深入了解飞秒激光与固体材料相互作用机制，并探索其在材料加工、纳米加工、光信息存储等领域的应用前景，为相关领域的研究提供技术支持和引领。
关键词：飞秒激光，相互作用，材料加工，纳米加工，光信息存储Abstract:As a new type of excellent laser, femtosecond laser has become a key technology in the fields of physics, biology, chemistry and manufacturing due to its extremely short pulse width, high power, high frequency and other advantages. This study will explore the interaction mechanism between femtosecond laser and solid materials, and studyits applications in material processing, nanofabrication, optical information storage and other fields.Firstly, this study will introduce the interaction mechanism between femtosecond laser and solid materials. By adjusting the intensity, wavelength and other parameters of femtosecond laser to control theinteraction process, the physical principles are analyzed. Secondly, thisstudy will explore the application of femtosecond laser in materialprocessing. When femtosecond laser acts on solid materials, it will generate microscopic physical processes, leading to material reduction or increase, achieving various purposes. For example, in wafer processing, femtosecond laser can quickly cut, drill holes and ion implantation. In addition, in nanofabrication, femtosecond laser can also use its special focusing characteristics to manufacture ultra-fine nanostructures. Finally, this study will explore the application of femtosecond laser in optical information storage. Due to its high resolution, high speed and non-destructive data reading and writing ability, femtosecond laser is regarded as an important part of future optical storage technology.Finally, the purpose of this study is to deeply understand theinteraction mechanism between femtosecond laser and solid materials, and explore its application prospects in material processing, nanofabrication, optical information storage and other fields, providing technical support and leading for related research fields.Key words: femtosecond laser, interaction mechanism, material processing, nanofabrication, optical information storage.。
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展
高 新 技 术19科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 激光烧蚀技术是通过飞秒-纳秒量级的脉冲激光来将材料表面烧蚀，已经被广泛应用于微加工、外科手术、X射线激光、生物分子质谱以及一些艺术品修复/清洁等领域；对激光烧蚀产生的等离子体的光学/光谱诊断是研究等离子体动力学的主要方法之一。
1 激光烧蚀技术的应用1.1激光烧蚀光谱(LAS、LIBS)技术的应用近年来光谱领域发展迅速，其中激光烧蚀光谱技术是其中一种比较崭新的分析手段。
该技术主要是通过聚焦强激光束激发样品靶面，产生高温等离子体，通过测定等离子体冷却过程中发射光谱的波长与强度来进行定量分析、元素定性。
激光烧蚀光谱技术虽然对于痕量元素的分析能力不足，但是该技术并不需要对样品进行繁琐的化学处理，具有破坏性小，具有快速、实时、可远程监测等特点，被广泛应用于地质、冶金、核工业、材料、燃料能源、生物医药等领域；电感耦合等离子体质谱(ICP2MS)分析技术是一种公认的高灵敏度、强有力的、多元素及同位素分析技术。
1.2激光烧蚀技术在微纳米材料制备中的应用激光与靶材相互作用后，周围的物理空间便可粗略的分为高温高压等离子体聚集区、液相区和固相区三个区域，如图1所示。
等离子体聚集区是由离子、电子以及未电离的中性粒子集合组成，整体呈现电中性，该区域对激光能量的传输障碍比较小。
液相区是靠近等离子聚集区的熔融层，材料处于液态或固-液共存态。
靠近液相区的是固相区，该区域虽然也吸收了激光能量，能使温度升高，但是能量强度不足以使该层进行熔化。
基于激光烧蚀技术制备的各类材料的生长过程，如一维纳米线和零维纳米颗粒、二维薄膜等，几乎都是通过应用高温高压等离子体的成核、生长所完成。
因此，激光烧蚀产生的高温高压等离子体在激光烧蚀技术制备微纳米材料中起着重要的作用。
激光烧蚀技术在微纳米材料制备过程中所表现出来的优点主要体现在以下几个方面：(1)可瞬间提供超高温、超高压等极端环境，有利于特殊纳米结构的形成；(2)反应器壁不参与整个反应，因此对产物无污染，保证了产物的纯度；(3)操作可控性好、便利、易于排除杂质；(4)激光能量可以高度集中，反应区与周围环境之间的温度梯度比较大，有利于成核粒子的快速凝结；(5)反应室与激光器相互分离，产物不会对激光造成污染。
飞秒激光对金属和半导体薄膜的烧蚀与微加工研究的开题报告
飞秒激光对金属和半导体薄膜的烧蚀与微加工研究的开题
报告
一、选题背景
现代制造业中，微加工技术得到了广泛应用。
对于金属和半导体材料的微加工，飞秒激光作为一项重要的技术逐渐得到了人们的关注和研究。
飞秒激光具有超快和超
短的特点，可以实现高精度、高效率和高质量的微加工。
因此，飞秒激光技术在微电
子技术、光学器件、生物医学等领域具有广泛应用。
本研究将主要探讨飞秒激光在金属和半导体薄膜的微加工中的烧蚀效应。
通过对其烧蚀过程的研究，提高飞秒激光的微加工效率和质量，促进其在实际生产中的应用。
二、研究目的
1.研究飞秒激光的物理性质及其对金属和半导体材料的微加工特点。
2.探究飞秒激光对金属和半导体薄膜烧蚀过程的机理和规律。
3.优化飞秒激光烧蚀条件，提高微加工效率和质量。
三、研究方法
1.实验采用飞秒激光器及相关控制仪器进行烧蚀实验。
2.分析实验数据，探究飞秒激光对材料的烧蚀机理和规律。
3.结合实验数据和分析结果，优化飞秒激光的烧蚀条件，提高微加工效率和质量。
四、创新点
1.基于飞秒激光的特点对金属和半导体材料进行微加工研究，提高微加工的效率和质量。
2.探索不同材料在飞秒激光烧蚀过程中的烧蚀机理和规律，为后续相关研究提供新的方向和思路。
3.通过实验和分析，优化飞秒激光烧蚀条件，使其在实际生产中的应用更加广泛。
多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究
多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究胡德志;吴金随【摘要】为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理.以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律.结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降.这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象.同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2017(014)004【总页数】5页(P57-61)【关键词】双温方程;反射率;烧蚀阈值;时域有限差分法;电声弛豫时间【作者】胡德志;吴金随【作者单位】华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊065201;华北科技学院理学院,北京东燕郊065201【正文语种】中文【中图分类】TN249随着宽带可调谐激光晶体和自锁模技术的出现，飞秒激光技术得到突飞猛进的发展[1,2]。
飞秒激光具有极短的脉冲宽度、极高的峰值功率和极宽的光谱范围，在强场激光物理、超快化学动力学、微结构材料科学和生命科学等不同领域有着广泛应用[3-7]。
在激光微加工领域，飞秒激光具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低的特点，但是多脉冲飞秒激光和物质作用过程中前一个飞秒脉冲作用后，对下一个飞秒脉冲烧蚀阈值的影响是如何产生的有待深入研究。
目前，对激光烧蚀研究表明：飞秒激光和金属材料相互作用的过程中，金属材料中的电子吸收激光能量，激发出大量的高能电子。
随后，电子亚系统经过一个能量弛豫过程，很快形成费米分布，同时通过发射声子将能量传递给晶格。
不同的研究小组观测到不同金属材料内部电声弛豫时间，从几百飞秒到几十皮秒不等[8-12]。
同时，他们通过实验得到同种材料的激光烧蚀阈值也有较大的差别。
飞秒激光烧蚀CuZr非晶合金机理与烧蚀区结构分析
Ｍ ｅ ｃ ｈａ ｎｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｆｅ ｍｔ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ａｂｌ ａｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ＣｕＺｒ Ａｍ ｏ ｒ ｐｈｏ ｕｓ Ａｌ ｌ ｏ ｙ ａ ｎｄ 】 Ｉ ｉ ｃ ｒ ０ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏ ｆ Ａ ｂｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｚｏ ｎｅ’ Ｓ Ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ
ｆ ｒ ｏ ｍ ４ ０ ｍＪ ／ ｃ ｍ ｔ ｏ ２ ０ ０ ｍＪ ／ ｃ ｍ ． Ａｔ ｌ Ｏ Ｗ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ． ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ Ｓ ｍｅ ｃ ｈ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｏ ｒ ｄ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｏ ｆ Ｃ ｕ Ｚ ｒ ａ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｕ ｓ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ —
材 料 未发 生 明显 晶 化 。 关键词 ： 飞秒 激 光 ； 双 温 方程 ； 分 子 动力 学 ； 非 晶合 金 ； 径 向分 布 函数
飞秒激光在材料加工中的热效应研究
飞秒激光在材料加工中的热效应研究飞秒激光是一种高能量、短脉冲、高平均功率的激光，具有独特的物理特性和广泛的应用前景。
在材料加工领域，飞秒激光已经成为一种重要的加工工具。
它能够实现高精度、高效率的微细加工，取得了显著的研究进展。
本文将重点探讨飞秒激光在材料加工中的热效应研究。
首先，我们需要了解热效应在飞秒激光加工中的重要性。
由于飞秒激光的超快脉冲宽度，其能量较短时间内集中在材料表面非常小的区域内，并迅速沉积能量。
这种非线性吸收作用使得材料发生光热效应，导致材料的显微结构和热力学性质发生变化。
因此，研究飞秒激光加工中的热效应对于深入理解材料的物理化学性质、优化加工过程具有重要意义。
其次，飞秒激光加工中的热效应主要表现在材料的热膨胀、熔化和汽化过程中。
飞秒激光脉冲能够在瞬间产生高温，使得材料局部热膨胀，并且由于热惯性的存在，热传导速度很小，导致局部区域发生热应力，进而引起材料的破裂。
另外，当超过材料的熔点时，飞秒激光能够使材料迅速熔化，形成液态区域，并通过表面张力与冷却速率之间的竞争，控制材料的结晶状态。
而当能量密度继续增加时，材料会发生汽化，形成等离子体，从而进一步改变材料的物理性质。
进一步研究飞秒激光加工中的热效应，不仅可以优化加工工艺参数，提高加工效率和质量，还可以拓展新的应用领域。
例如，在微电子器件加工中，了解热效应有助于控制材料的晶格结构和电子输运性质，从而提高器件的性能和可靠性。
在生物医学应用中，通过控制热效应可以实现精确的组织切割、凝固和焊接，为医学手术提供了新的选择。
然而，研究飞秒激光加工中的热效应也面临一些挑战。
首先，由于飞秒激光和材料之间的相互作用很复杂，需要综合考虑光学、热学、动力学等多个因素，建立准确的数学模型。
其次，飞秒激光加工中的热效应通常是瞬态的，需要采用高速成像技术来实时观察和分析。
此外，不同材料对飞秒激光加工中的热效应具有不同的响应，因此需要针对不同材料开展针对性的研究，以实现更好的加工效果。
飞秒激光精修面齿轮的扫描烧蚀特征控制
第 ３３ 卷 第 １３ 期
２０２２ 年 ７ 月
CHINA MECHANICALENGINEERING
Vo
l．
３３ No．
１３
１５４４
Ｇ
１５５０
pp．
飞秒激光精修面齿轮的扫描烧蚀特征控制
明兴祖１,２ 肖勇波２ 刘克非１ 周 贤１ 张海波１ 明 瑞２
湖北文理学院机械工程学院,襄阳,
XKQ２０２１０４３)
区小、加工区域极其精确、可精密加工任何材料等
[
１７] 喻长江,戴宁,李大 伟,等 ．多 级 仿 生 建 模 及 优 化
技术[
J]．中国机械工程,２０１９,３０(
９):
１１１１
Ｇ
１１１８．
激光微加工材料表面技术是一种有前途的工
业应用技术.激光束通过扫描三维模型数据生成
(切片)横截面,选 择 性 地 去 除 材 料. 扫 描 每 个 截
面(层)并去除材 料 后,激 光 聚 焦 位 置 降 低 一 定 距
离,实现逐层烧 蚀.CHENG 等 [１６]研 究 了 激 光 多
次扫描同一隧道 时,扫 描 次 数 与 烧 蚀 深 度 的 相 关
相邻脉冲间隔分离时间大于 １０μs、重复频率低于
化与相爆炸得到了飞秒激光多脉冲烧蚀铜膜的计
[ ]
算模型,实 现 了 材 料 的 去 除;
ZHANG 等 １３ 对 三
温模型进行 改 进,假 设 重 复 频 率 １kHz 多 脉 冲 激
光的每个脉冲对 材 料 的 烧 蚀 效 果 是 独 立 的,当 晶
复频率决定飞秒 激 光 脉 冲 的 间 隔,影 响 辐 照 到 材
i
enc
e,
飞秒激光对氟化镁烧蚀机理研究
关键词 : 飞秒激光 , 氟化镁 , 烧蚀机理 , 双光子吸收 PACC: 4262A,6180,7750
11 引 言
超短脉冲激光对材料的微加工和烧蚀机理是人 们研究的热点[1 —9] . 氟化镁是一种很好的紫外光窗 口和光纤材料 ,有广泛的应用前景 ,但是目前尚未见 到飞秒 激 光 脉 冲 作 用 下 氟 化 镁 烧 蚀 的 研 究 报 道 . 2004 年 Rethfeld提出了一种计算材料破坏阈值的多 速率方程模型[10] . 该模型考虑特殊高能电子的作 用 ,研究了在强激光照射下导带电子的碰撞级联过 程 ,解释了一些实验现象. 但是它只是考虑导带电子 的单光子吸收. 近年来研究表明 ,导带电子的双光子 吸收 在 飞 秒 激 光 与 材 料 相 互 作 用 过 程 中 起 重 要 作用[11,12] .
[13 ] MartinPh,GuizardS,DaguzanP,PetiteG,D
’OliveiraP,
MeynadierP,PeerdrixM1997 Phys. Rev. B 55 5799 [14 ] QuéréF,GuizardS,MartinPh2001 Europhys. Lett. 56 138
联过程. 在高能超短脉冲激光照射下 ,电子从价带
(VB) 顶激发到导带 (CB) 底 ,电子动能趋于零 (ε0 ≈
0)
.
定义离散能级
ε j
:=
εj - 1
+
ωL ,ωL 为激光频率 ,
此时电子数密度为 nj . 在激光照射下 ,导带底的低
动能电子继续吸收光子能量 , W1pt (εj ) 和 W2pt (εj ) 分
学报 53 2154]
[7 ] WangDL,LiCD,LuoL,YangH,GongQH2001
飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究
飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究王豪放;邓圭玲;岳浩铭;苏文毅;鲁云鹏;罗志;胡友旺【摘要】恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法.首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明:恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度.脉冲烧蚀坑直径上限为150.64μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500 μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)011【总页数】5页(P1309-1313)【关键词】恒弹性合金;飞秒激光烧蚀;烧蚀阈值;脉冲烧蚀【作者】王豪放;邓圭玲;岳浩铭;苏文毅;鲁云鹏;罗志;胡友旺【作者单位】中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言恒弹性合金，是一种具有高弹性模量和强度、低弹性模量温度系数、良好的波速一致性的合金材料。
飞秒激光烧蚀齿面表层构态分析及其控制研究
飞秒激光烧蚀齿面表层构态分析及其控制研究
徐海军;明兴祖;李湾;颜敏;吴陶;李楚莹
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2024(54)1
【摘要】为了分析飞秒激光烧蚀面齿轮齿面表层构成及其形态影响,本文针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA,通过建立双温传热模型,模型采用向后有限差分法进行飞秒激光烧蚀数值模拟,研究飞秒激光烧蚀齿面的加工过程,分析能量密度对重铸层和热影响层的影响规律。
结果显示:能量密度由1.73 J/cm^(2)增加至4.33 J/cm^(2),重铸层厚度从0.68μm增加到1.02μm,热影响层厚度从0.96μm增加到1.35μm。
针对重铸层的控制,本文实施了对面齿轮齿面的二次加工,实验结果表明:采用能量密度1.73 J/cm^(2)对齿面进行二次加工,加工后的齿面几乎没有重铸物残留,齿面平均粗糙度由0.365μm降到了0.185μm,有效地改善了面齿轮的加工质量,为提高飞秒激光精微烧蚀面齿轮精度提供了有益参考。
【总页数】9页(P63-71)
【作者】徐海军;明兴祖;李湾;颜敏;吴陶;李楚莹
【作者单位】湖南工业大学机械工程学院;湖南汽车工程职业学院机电工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TN249;TG665
【相关文献】
1.飞秒激光烧蚀CuZr非晶合金机理与烧蚀区结构分析
2.多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究
3.能量耦合模型的飞秒激光烧蚀面齿轮形貌研究
4.飞秒激光烧蚀面齿轮材料的齿面表层形态研究
5.基于三维双温模型的飞秒激光烧蚀面齿轮材料形貌研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究
多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研
究
胡德志;吴金随
【期刊名称】《华北科技学院学报》
【年(卷),期】2017(014)004
【摘要】为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理.以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律.结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降.这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象.同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】胡德志;吴金随
【作者单位】华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊065201;华北科技学院理学院,北京东燕郊065201
【正文语种】中文
【中图分类】TN249
【相关文献】
1.飞秒激光共振吸收对掺Pr-Nd硅玻璃烧蚀阈值的影响 [J], 罗志;孙小燕;周江夏子;银恺;谭超;邓旺;段吉安
2.飞秒激光加工镍钛合金的烧蚀阈值实验研究 [J], 岳端木;孙会来;刘泽林;杨雪;孙建林
3.飞秒激光脉冲序列烧蚀硅的孔型质量研究 [J], 陈天琦;杨坚;贾天卿
4.飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理 [J], 赵清亮;姜涛;董志伟;樊荣伟;于欣;罗健
5.飞秒激光作用下单晶硅的吸收系数和烧蚀阈值 [J], 彭爱莲;彭玉峰;张永涛;李阔湖;陈靖
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
飞秒激光脉冲作用下氧化镁的烧蚀及其超快动力学过程
飞秒激光脉冲作用下氧化镁的烧蚀及其超快动力学过程
徐世珍;贾天卿;徐至展;李晓溪;冯东海;孙海轶;李成斌;王晓峰
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2006(35)8
【摘要】研究了双面抛光氧化镁单晶(111)表面800nm飞秒激光单脉冲烧蚀阈值和激光脉宽的依赖关系.利用泵浦-探针技术,测量不同能量和脉宽作用下飞秒激光烧蚀的时间分辨反射率的演化.通过扫描电镜观察其烧蚀形貌,发现大量的沿氧化镁[100]晶向开裂的裂纹.讨论了表面裂纹的形成机理,并解释了飞秒激光烧蚀氧化镁的超快动力学过程.
【总页数】4页(P1126-1129)
【关键词】飞秒激光脉冲;烧蚀;氧化镁;超快动力学
【作者】徐世珍;贾天卿;徐至展;李晓溪;冯东海;孙海轶;李成斌;王晓峰
【作者单位】电子科技大学物理电子学院;中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800;中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O434.14;TN248.1
【相关文献】
1.高强度飞秒激光脉冲烧蚀固体靶材的超快动力学过程的研究 [J], 张楠;梁艳梅;王明伟;王晓雷;杨建军;刘伟伟;朱晓农
2.飞秒脉冲烧蚀单晶硅的超快动力学 [J], 任欢;王俊波;邱荣;周强;刘浩;马平
3.飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断 [J], 胡浩丰;王晓雷;李智磊;张楠;翟宏琛
4.利用相干光照明的纹影成像装置研究飞秒激光脉冲烧蚀铝靶喷射物相位的超快时间演化* [J],
5.利用相干光照明的纹影成像装置研究飞秒激光脉冲烧蚀铝靶喷射物相位的超快时间演化 [J], 杨景辉; 张楠; 朱晓农
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[13 ] MartinPh,GuizardS,DaguzanP,PetiteG,D
’OliveiraP,
MeynadierP,PeerdrixM1997 Phys. Rev. B 55 5799 [14 ] QuéréF,GuizardS,MartinPh2001 Europhys. Lett. 56 138
联过程. 在高能超短脉冲激光照射下 ,电子从价带
(VB) 顶激发到导带 (CB) 底 ,电子动能趋于零 (ε0 ≈
0)
.
定义离散能级
ε j
:=
εj - 1
+
ωL ,ωL 为激光频率 ,
此时电子数密度为 nj . 在激光照射下 ,导带底的低
动能电子继续吸收光子能量 , W1pt (εj ) 和 W2pt (εj ) 分
[5 ] JiaTQ,XuZZ,LiXX,LiRX,ShuaiB,ZhaoFL2003
Appl.
Phys. Lett. 82 4382
[6 ] LiXX,JiaTQ,FengDH,XuZZ2004
Acta Phys. Sin . 53
2154 (inChinese ) [ 李晓溪 、贾天卿 、冯东海 、徐至展 2004 物理
[9 ] ZhaoQZ,QiuJR,ZhaoCJ,JiangXW,ZhuCS2005
Chin.
Phys. 14 1181
[10 ] RethfeldB2004 Phys. Rev Lett . 92 187401
[11 ] BelskyA,MartinP,BachauH,Vasil
’evAN,YatsenkoBN,
[3 ] JiaTQ,XuZZ,LiRX,FengDH,LiXX,ChengCF,SunH
Y,XuNS,WangHZ2004
J . Appl. Phys. 95 5166
[4 ] QuereF,GuizardS,MartinPh,PetiteG,MerdjiH,CarreB,
HergottJF,DeroffLL2000 Phys. Rev. B 61 9883
022
物 理 学 报
55 卷
[15 ] LiuJM1982 Opt. Lett . 7 196 [16 ] Ben-YakarAdela,ByerRobertL2004 J . Appl. Phys. 96 5316 [17 ] JiaTQ,LiXX,FengDH,ChengCF,LiRX,ChenH,XuZ
εcrit ωL
. 这个过程可以用下列方程组表示 :
n·0 = n·pi + 2αnk - W1pt (ε0 ) n0 - W2pt (ε0 ) n0 ,
·
n1
= W1pt (ε0 ) n0 -
W1pt (ε1 ) n1 -
W2pt (ε1 ) n1 ,
·
n2
= W1pt (ε1 ) n1 + W2pt (ε0 ) n0 -
图 1 为样品在飞秒激光脉冲作用下 ,用扫描电 镜观察到的材料烧蚀形貌. 烧蚀坑边缘非常清晰 ,看 不到明显的热力学熔化作用的痕迹. 这与材料在长 脉冲激光作用下的烧蚀形貌完全不同. 材料在激光 照射下 ,电子通过发射声子冷却 ,与晶格达到热平衡 的时间在 ps 量级. 热扩散 、材料熔化的时间为几十 皮秒. 因此 ,在长脉冲激光作用下 ,电子气中沉积的 激光能量在激光脉冲照射材料的时间间隔内就传给 离子 ,并导致材料的加热 、熔化乃至烧蚀. 热力学效 应在激光与材料的相互作用中起重要作用. 然而 ,当 脉宽降低到飞秒量级 ,这个尺度小于电子2声子相互 作用时间 ,电子气中沉积的激光能量来不及传给离 子 ,导致材料的“冷烧蚀”.
别表示单光子和双光子吸收速率. 当电子动能εk =
ε0 + k ωL 超过碰撞电离的临界能 εcrit ,这些电子发
图 3 烧蚀阈值与脉宽的依赖关系
图 4 激光照射下介质材料中电子的变化过程
1期
李成斌等 : 飞秒激光对氟化镁烧蚀机理研究
912
生碰 撞 电 离 , 假 定 碰 撞 速 率 为 α, k 取 值 为 k =
21 实验装置与结果
实验采用钛2蓝宝石激光器 ,其标准输出是脉冲
宽为 50fs, 波长 800nm, 最大输出能量 600μJ. 我们 采用半波片和起偏镜连续调节输出脉冲的能量 ,通 过调节压缩光栅改变脉冲宽度. 脉冲通过透镜垂直 聚焦在样品前表面 ,束腰半径约为 25μm, 氟化镁样 品厚约 1mm, 双面抛光. 样品被固定在三维移动靶 架上 ,每一个点打一枪.
超短脉冲激光对材料的烧蚀 ,目前普遍采用的
还是雪崩击穿模型 ,这种模型处理碰撞电离时 ,考虑
全部电子都对碰撞起作用. 在文献[10] 认为导带高
动能电子对碰撞电离过程起直接作用 ,它的瞬态分
布应该被考虑. 但是他只是考虑了导带电子的单光
子吸收. 文献[11] 研究了在激光材料相互作用过程
中导带电子的多光子吸收 ;文献 [3,12] 也对多光子
4. 结 论
本文研究了 800nm 超短脉冲激光作用下氟化 镁的单枪表面烧蚀形貌 ,根据烧蚀面积与激光脉冲 能量成对数关系 ,测定激光的束腰半径以及材料的 破坏阈值 ,得到烧蚀阈值随激光脉宽变化 (55 —750 fs) 的关系曲线.
理论上我们在雪崩模型的基础上 ,考虑到被激 发电子在超短时间范围内的非稳态能量分布 ,引入 导带电子的双光子吸收 ,发展了多速率方程模型. 通 过比较我们发现 :当引进了双光子吸收 ,理论模拟的 结果可以很好地与实验结果符合. 如果不考虑双光 子吸收 ,得到的理论烧蚀阈值比实验结果高了一倍 多. 因而对于超短脉冲对透明材料的烧蚀过程 ,导带 电子的双光子吸收是很重要的因素.
[1 ] DuD,LiuX,KornG,SquierJ,MourouG1994
Appl. Phys.
Lett . 64 3071
[2 ] StuartBC,FeitMD,HermanS,A,BubenchikM,ShoreBW,
PerryMD1995 Phys. Rev. Lett. 74 2248
吸收效应进行了理论和实验研究. 这些结果表明在
飞秒激光与透明材料的相互作用过程中 ,随着激光
强度的增加 , 双光子吸收效应会起越来越重要的
作用.
与文献[9] 类似 ,本文不考虑导带电子2电子散
射和电子2声子散射相互作用过程 ,并采用微扰理论
计算导带电子的单光子和双光子吸收速率[3,5] ,发
展了多速率方程模型. 图 4 表示导带电子的碰撞级
(中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室 ,上海 201800) (2005 年 4 月 8 日收到 ;2005 年 6 月 16 日收到修改稿)
用扫描电镜 (SEM) 研究了氟化镁在 800nm 超短脉冲激光作用下的单枪表面烧蚀形貌. 根据烧蚀斑面积与激光 脉冲能量间的对数关系 ,测得烧蚀阈值与激光脉宽的关系曲线 (55 —750fs ) . 计算了导带电子的双光子吸收 ,改进了 多速率方程模型 ,很好地解释了实验结果.
GuizardS,GeoffroyG,PetiteG2004 Europhys. Lett. 67 301
[12 ] JiaTQ,ChenH,WuX2000
Acta Phys. Sin . 49 1277 ( in
Chinese) [ 贾天卿 、陈 鸿 、吴 翔 2000 物理学报 49 1277]
学报 53 2154]
[7 ] WangDL,LiCD,LuoL,YangH,GongQH2001
Chin. Phys.
Lett. 18 65
[8 ] ChengGH,LiuQ,WangYS,YuLJ,ZhaoW,ChenGF2004 Acta PhotonicaSinica 33 412 (inChinese ) [ 程光华 、刘 青 、王 屹山 、于连君 、赵 卫 、陈国夫 2004 光子学报 33 412]
材料的烧蚀阈值是指在材料的表面形成永久性 可探测损伤的最小激光能量. 目前实验测量材料烧 蚀阈值有很多种方法[1,2,4,6,13,14] ,我们测量了烧蚀斑 的面积 , 发现其与激光能量的对数成线性依赖关 系[15] . 结果如图 2 所示 ,由直线的横轴截距能够计 算烧蚀阈值 Fth ,斜率可以确定束腰半径 L 的大小.
最近的实验结果表明 ,对于介质材料的烧蚀 ,激 光能量必需达到 10kJ Πcm3 以上[16,17] ,也就是导带电 子数密度达到 1021 cm-3 以上. 这与通过等离子体共 振吸收确定的阈值标准是一致的[18] .
图 3 是我们采用等离子体共振吸收作为阈值标 准 ,计算得到的材料烧蚀阈值与激光脉宽的依赖关 系. 实线为采用我们的模型即考虑双光子吸收的计 算结果 ,与实验符合得很好. 虚线对应于只考虑导带 电子单光子吸收的情况 ,计算结果比实验测得的烧 蚀阈值高了一倍多.
W2pt (ε2 ) n2
- W1pt (ε2 ) n2 ,
n·3 = W1pt (ε2 ) n2 + W2pt (ε1 ) n1 - W2pt (ε3 ) n3
- W1pt (ε3 ) n3 ,
⁝
·
nk- 1
= W1pt (εk- 2 ) nk- 2
+ W2pt (εk- 3 ) nk- 3
- W2pt (εk- 1 ) nk- 1 - W1pt (εk- 1 ) nk- 1 ,
·
nk
= W1pt (εk- 1 ) nk- 1
+ W2pt (εk- 2 ) nk- 2
+ W2pt (εk- 1 ) nk- 1 - αnk .
(1)
图5为采用多速率方程 (MRE) 模型和我们发展
图 5 导带电子数密度的演化 ,激发强度 11865JΠcm2 ,脉宽 100fs