飞秒激光与金属作用机理
合集下载
- 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)。
第３ ０卷
第 ６期
河北 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨ ｅ ｅ ｎｖ ｒ ｉｙ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ Ｅ ｉ ｏ ） ｏ ｒ ａ ｂ ｉ ｏ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ Ｎａ － ０ Ｎｏ ６ ｌ３ ．
ＮＯ ． １ Ｖ ２０ Ｏ
ｆ ｃ ｎｄ ｉ ｉ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓ ｏ ｔ ｌ ｉ ｈｅ ｌ ｓ ｒ ａ ａ ｉ ｏ ｅ ｓ Ａｄｄ ｔｏ ｌｙ，ｔ ｅ ｐｌ ｓ ａ ｗａ ｎｅ ａ ｅ ａ ｅ ａ ｎｓｄ ｈａ ａ ｔ ｒ ｆ ｍｅ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｂｌ ｔｏｎ ｐｒ ｃ ｓ ． ｉｉ ｎａ ｌ ｈ ａ ｍ ｓ ｇｅ ｒ ｔ ｄ
ｐａ ａ ｅ ｅ ． ｒ ｍ ｔ ｒ
Ｋｅ ｒ ： ｅ ｏ ｓ ｃ ｄ ｌ ｓ ｒ；ｔ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｆ ｍｔ — ｅ ｏｎ ａ ｅ ｗｏ ｔ ｍｐｅ ａｔ ｅ ｍ ｏ ｅ ；ｌ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｌ ｌ ｎｃ ｒ ｕｒ ｄ ｌ ａ ｅ ｈ ｅ ｈｏ ｄ ｆｕｅ ｅ
２１ ０ ０年 １ １月
飞 秒 激 光 与 金 属 作 用 机 理
刘迈 ， 晶 李
（ 北科技 学院 基础部 ， 华 河北 燕 郊 ０５０） ６ ２ １
摘 要 ： 对脉 冲激 光沉 积过 程 中激 光 和金属 作 用 的微观 机 制进行 了深入 分 析． 通过 双 温方 程模 拟得 到 飞
Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｙａ ｊａ ｗｎ ０ ５ ０ ，Ｃｈｎ ） ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｉｏ Ｔｏ ６ ２ １ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｈ ｎ ｓ Ｏ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｅ ｏ ｓ ｃ ｎ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｐ ｌｅ ｌ ｓ ｒ ａ ｌ— ｓｒ ｃ ： ｅ ｍ ｃ ａ ｉ ｍ ｉ ｔ ｒ ｅ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｆ ｍｔ — ｅ ｏ ｄ ｌ ｓ ｒ ａ ｄ ｍ ｔ ｌｉ ｈ ｕ ｓ ａ ｅ ｂ ａ ｏ
秒激 光作 用金靶 材 温度 随 时 间 变化 的 图像 ． 图像反 应 出激 光 和金 属表 面及 内部 晶格 作 用特 点． 一 步分析 该 进 得知 ， 当晶格 温度 大 于金 属 沸 点 时将 会 产 生 高能的 等 离子体 ． 过数 值模 拟 找 出了产 生等 离子 体所 需激 光 的 通
Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ｆ Ｉ ｅ ａ ｔｏ ｔ ｅ ｃ ａ ｉ ｍ ｏ ｎｔ ｒ ｃ ｉ ｎ Ｂｅ ｗｅ ｎ Ｆｅ ｔ － ｅ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｍ ｏ－ ｃ ｎｄ Ｌａ ｅ ｎｄ Ｍ ｔ ｌ ｓ
ＬＩ ａｉ ＵＭ ，ＬＩＪ ｎ ｉｇ
（ ｐ ｒｍ ｅ ｔｏ ｓｃＣｏ ｒｅ ， ｒｈ Ｃｈｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＢａ ｉ ｕ ｓ ｓ Ｎｏ ｔ ｉ ａＩ ｓｉｕ ｅ ｏ
ｔ ｒ ｏ ｅ ＴＴＭ ）ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ，ｗｈ ｃ ｈ ｅ ｔ — ｅ ｏ ｄ ｌ ｓ ｒａ ｌ ｔ ｄ ｔ ｅ ｇ ｌ ａ ｇ ｔ Ｉ ｈ ｗｓ ｔ ｅ ｓ ｒ ｕ ｅ ｍ ｄ ｌ（ ｎ ｔ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｉ ｈ ｔ ｅ ｆ ｍ ｏ ｓ ｃ ｎ ａ ｅ ｂ ａ ｅ ｈ ｏ ｄ ｔ ｒ ｅ ． ｔｓ ｏ ｈ ｕ —
ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｂ ｉ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｆｍｅ ａ ．Ｗ ｅ ｃ ｎ ｆｎ ｕ ｈ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｅ ｈ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｉ ｈ ｒｔ ａ ｈ ｏ ｌ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｏ ｔ １ ａ ｉ ｄ ｏ ｔｔ ｅ ｌ ｅ ｈ ｅ ｈ ｌ ａ ｂ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｔｗｉ ｅ ｐ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｋ ｎ ｈ ａ ｏ ｔ ｒ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｃ ｏ ｓ ｈ ａ ｅ ｙ ｎ ｍｅ ｉａ ｍ ｌ ｔｏ ．Ｉ ｌ ｈ ｌ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｒ ｆｍａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｎ ｎ ｍｅ ｅ ｓｍ ｔ ｒａ ｈ ｏ ｅ ｔ ｅ ｌ ｓ ｒ ｓ ｌ ｔ
ｔｏｎ ｐｒ ｃ ｓ ｓａ ｌ ｅ ． Ｗ ｅ ｇ ｈｅ ｆｇ ｅ ｏ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｈａ ｇｅ ｗｉｈ ｔｍｅ ｂｙ ｓ ｍｕｌ ｔ ｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅ ｓ ｉ ｎａｙｚ ｄ ｏｔｔ ｉ ｕｒ ｆｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅｃ ｎ ｔ ｉ ｉ ａ ｅ ｈ ＷＯ ｔ ｍｐｅ ａ ｒ—
随 着更 高功 率 千瓦级 准 分子 激光 器 的开 发 ， 准分 子激 光 器 的工 业 应 用 也越 来 越 多 ． 近几 年 来 ， 内外 广 国 泛开展 了准分 子激 光在 材 料表 面 改性 、 助 沉 积 和 镀膜 等 方 面 的研究 工作 ［ ．日本 Ｙｉ ｚ首次 用 脉 冲激 辅 】 ］ ｌ ｍａ 光沉 积 （ Ｌ Ｐ Ｄ技 术 ） Ｓ Ｔ Ｏ。 １ ０ 衬底 上 制 备 了 ＫＴＮ 薄 膜Ｌ ， 其 是 自美 国贝 尔 实验 室利 用 准 分 子激 光 在 ｒｉ （１） ５尤 ］ 器成 功地 制备 了高 ＴＣ氧化 物超 导 薄膜 以来 ［ ， ６ 准分 子 激 光 沉 积技 术 已被 用 来 沉 积 出 了许 多 优 质 的 多组 分 ］
能量 阈值 ， 这样 能够 帮 助纳 米材 料 的制 备者 选择 激 光 ， 备 出优 质 的纳 米薄 膜． 制
关 键词 ： 飞秒 激 光 ； 双温 方程 ； 光 能量 阈值 激
中 图 分 类 号 ： ５ ． ９ ＴＧ １ ６ ９ 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ６ （０ ０ ０ — ０ ３ — ０ １０ — ５ ５２ １ ）６ ６ ９ ４
第 ６期
河北 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨ ｅ ｅ ｎｖ ｒ ｉｙ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ Ｅ ｉ ｏ ） ｏ ｒ ａ ｂ ｉ ｏ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ Ｎａ － ０ Ｎｏ ６ ｌ３ ．
ＮＯ ． １ Ｖ ２０ Ｏ
ｆ ｃ ｎｄ ｉ ｉ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓ ｏ ｔ ｌ ｉ ｈｅ ｌ ｓ ｒ ａ ａ ｉ ｏ ｅ ｓ Ａｄｄ ｔｏ ｌｙ，ｔ ｅ ｐｌ ｓ ａ ｗａ ｎｅ ａ ｅ ａ ｅ ａ ｎｓｄ ｈａ ａ ｔ ｒ ｆ ｍｅ ａ ｎ ｔ ａ ｅ ｂｌ ｔｏｎ ｐｒ ｃ ｓ ． ｉｉ ｎａ ｌ ｈ ａ ｍ ｓ ｇｅ ｒ ｔ ｄ
ｐａ ａ ｅ ｅ ． ｒ ｍ ｔ ｒ
Ｋｅ ｒ ： ｅ ｏ ｓ ｃ ｄ ｌ ｓ ｒ；ｔ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｆ ｍｔ — ｅ ｏｎ ａ ｅ ｗｏ ｔ ｍｐｅ ａｔ ｅ ｍ ｏ ｅ ；ｌ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｌ ｌ ｎｃ ｒ ｕｒ ｄ ｌ ａ ｅ ｈ ｅ ｈｏ ｄ ｆｕｅ ｅ
２１ ０ ０年 １ １月
飞 秒 激 光 与 金 属 作 用 机 理
刘迈 ， 晶 李
（ 北科技 学院 基础部 ， 华 河北 燕 郊 ０５０） ６ ２ １
摘 要 ： 对脉 冲激 光沉 积过 程 中激 光 和金属 作 用 的微观 机 制进行 了深入 分 析． 通过 双 温方 程模 拟得 到 飞
Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｙａ ｊａ ｗｎ ０ ５ ０ ，Ｃｈｎ ） ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｉｏ Ｔｏ ６ ２ １ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｈ ｎ ｓ Ｏ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｅ ｏ ｓ ｃ ｎ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｐ ｌｅ ｌ ｓ ｒ ａ ｌ— ｓｒ ｃ ： ｅ ｍ ｃ ａ ｉ ｍ ｉ ｔ ｒ ｅ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｆ ｍｔ — ｅ ｏ ｄ ｌ ｓ ｒ ａ ｄ ｍ ｔ ｌｉ ｈ ｕ ｓ ａ ｅ ｂ ａ ｏ
秒激 光作 用金靶 材 温度 随 时 间 变化 的 图像 ． 图像反 应 出激 光 和金 属表 面及 内部 晶格 作 用特 点． 一 步分析 该 进 得知 ， 当晶格 温度 大 于金 属 沸 点 时将 会 产 生 高能的 等 离子体 ． 过数 值模 拟 找 出了产 生等 离子 体所 需激 光 的 通
Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ ｆ Ｉ ｅ ａ ｔｏ ｔ ｅ ｃ ａ ｉ ｍ ｏ ｎｔ ｒ ｃ ｉ ｎ Ｂｅ ｗｅ ｎ Ｆｅ ｔ － ｅ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｍ ｏ－ ｃ ｎｄ Ｌａ ｅ ｎｄ Ｍ ｔ ｌ ｓ
ＬＩ ａｉ ＵＭ ，ＬＩＪ ｎ ｉｇ
（ ｐ ｒｍ ｅ ｔｏ ｓｃＣｏ ｒｅ ， ｒｈ Ｃｈｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＢａ ｉ ｕ ｓ ｓ Ｎｏ ｔ ｉ ａＩ ｓｉｕ ｅ ｏ
ｔ ｒ ｏ ｅ ＴＴＭ ）ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ，ｗｈ ｃ ｈ ｅ ｔ — ｅ ｏ ｄ ｌ ｓ ｒａ ｌ ｔ ｄ ｔ ｅ ｇ ｌ ａ ｇ ｔ Ｉ ｈ ｗｓ ｔ ｅ ｓ ｒ ｕ ｅ ｍ ｄ ｌ（ ｎ ｔ ｅｐ ｏ ｅ ｓ ｉ ｈ ｔ ｅ ｆ ｍ ｏ ｓ ｃ ｎ ａ ｅ ｂ ａ ｅ ｈ ｏ ｄ ｔ ｒ ｅ ． ｔｓ ｏ ｈ ｕ —
ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｂ ｉ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｆｍｅ ａ ．Ｗ ｅ ｃ ｎ ｆｎ ｕ ｈ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｅ ｈ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｉ ｈ ｒｔ ａ ｈ ｏ ｌ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｏ ｔ １ ａ ｉ ｄ ｏ ｔｔ ｅ ｌ ｅ ｈ ｅ ｈ ｌ ａ ｂ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｔｗｉ ｅ ｐ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｋ ｎ ｈ ａ ｏ ｔ ｒ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｃ ｏ ｓ ｈ ａ ｅ ｙ ｎ ｍｅ ｉａ ｍ ｌ ｔｏ ．Ｉ ｌ ｈ ｌ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｒ ｆｍａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｎ ｎ ｍｅ ｅ ｓｍ ｔ ｒａ ｈ ｏ ｅ ｔ ｅ ｌ ｓ ｒ ｓ ｌ ｔ
ｔｏｎ ｐｒ ｃ ｓ ｓａ ｌ ｅ ． Ｗ ｅ ｇ ｈｅ ｆｇ ｅ ｏ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｈａ ｇｅ ｗｉｈ ｔｍｅ ｂｙ ｓ ｍｕｌ ｔ ｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅ ｓ ｉ ｎａｙｚ ｄ ｏｔｔ ｉ ｕｒ ｆｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅｃ ｎ ｔ ｉ ｉ ａ ｅ ｈ ＷＯ ｔ ｍｐｅ ａ ｒ—
随 着更 高功 率 千瓦级 准 分子 激光 器 的开 发 ， 准分 子激 光 器 的工 业 应 用 也越 来 越 多 ． 近几 年 来 ， 内外 广 国 泛开展 了准分 子激 光在 材 料表 面 改性 、 助 沉 积 和 镀膜 等 方 面 的研究 工作 ［ ．日本 Ｙｉ ｚ首次 用 脉 冲激 辅 】 ］ ｌ ｍａ 光沉 积 （ Ｌ Ｐ Ｄ技 术 ） Ｓ Ｔ Ｏ。 １ ０ 衬底 上 制 备 了 ＫＴＮ 薄 膜Ｌ ， 其 是 自美 国贝 尔 实验 室利 用 准 分 子激 光 在 ｒｉ （１） ５尤 ］ 器成 功地 制备 了高 ＴＣ氧化 物超 导 薄膜 以来 ［ ， ６ 准分 子 激 光 沉 积技 术 已被 用 来 沉 积 出 了许 多 优 质 的 多组 分 ］
能量 阈值 ， 这样 能够 帮 助纳 米材 料 的制 备者 选择 激 光 ， 备 出优 质 的纳 米薄 膜． 制
关 键词 ： 飞秒 激 光 ； 双温 方程 ； 光 能量 阈值 激
中 图 分 类 号 ： ５ ． ９ ＴＧ １ ６ ９ 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ６ （０ ０ ０ — ０ ３ — ０ １０ — ５ ５２ １ ）６ ６ ９ ４