飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究

OPT OpenIR > 中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)

	飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究
	门海宁
学位类型	硕士
导师	孙传东
	2006-05-25
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所
学位专业	光学
关键词	飞秒激光硅双温模型
摘要	飞秒激光脉冲提供了一种超强、超高的电场能够超过价带电子的束缚力，使分子、原子的电子体系发生结构性变化，能够用于固体材料的超精细加工和表面处理。飞秒激光在与固体材料相互作用过程中，对于不同的材料，如电介质、半导体、金属等自由电子数量的不同，造成其对激光能量的吸收机制和热传导不同，直接导致材料最终消熔机理差异。本文详细研究了激光与固体材料作用时，激光能量在材料内部被吸收以及能量在材料内部传导直至材料损伤的方式，并进行了飞秒激光加工金属和半导体材料的实验研究。理论部分，通过分析飞秒激光与不同材料相互作用的物理过程，将激光烧蚀过程分为非热熔和热熔两个过程，激光加工过程中非热容过程占主导地位。并借助于双温模型数值模拟了飞秒激光加工金属过程中，由于电子－电子耦合以及电子－晶格耦合所引起的电子声子的非平衡温度分布的温度曲线。实验部分，使用波长800nm、脉冲宽度120fs的飞秒激光作为光源，分别在空气中和真空条件下，脉冲数目分别为N=10、100、1000时对镍基单晶高温合金CMSX-4进行打孔，得出孔径大小与激光参数的关系，根据高斯模型计算CMSX-4在各个不同条件下的损伤阈值，得出不同条件下CMSX-4损伤阈值与激光参数的关系。此外，还进行了飞秒激光加工半导体材料的应用研究，使用波长800nm、脉冲宽度200fs的飞秒激光扫描置于低浓度硫酸溶液中的单晶硅片，加工后的样品荧光光谱显示在700nm附近有很强的荧光发射，分析结果表明飞秒激光扫描改变了样品的表面微结构尺寸，增大了吸收面积，扩展了荧光激发波长范围，有效提高了样品的吸收效率和荧光发射强度。
学科领域	光学
页数	120
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/11974
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	门海宁. 飞秒激光与固体材料相互作用机理与应用研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所,2006.

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