飛秒激光燒蝕固體材料的過程及表面形貌研究.pdf

1、飛秒激光脈沖由于快、微、強等特點，在細微加工領(lǐng)域表現(xiàn)出了得天獨厚的優(yōu)勢。同時，飛秒激光與材料的相互作用過程是一個非常復雜的過程，對于不同材料，不同的激光能量，飛秒激光與材料作用的機理不同。本文對飛秒激光與材料的相互作用過程進行了理論與實驗研究，我們做的具體工作如下：
　　首先探討了飛秒激光與材料相互作用的過程與機理，對雙溫方程進行簡化，利用 fortran軟件進行有限元差分計算，模擬得出了不同入射激光功率密度下金屬銅和鈦的電子和晶

2、格溫度隨時間的演化規(guī)律，并總結(jié)得出了金屬銅和鈦電子晶格能量耦合時間隨入射激光功率密度的變化規(guī)律。
　　其次研究了飛秒激光誘導金屬表面的周期性結(jié)構(gòu)隨入射激光能量的演變情況，當入射激光能量較低，在材料的燒蝕閾值附近時，我們在燒蝕中心區(qū)域清楚的看到了垂直于入射激光極化方向的周期性表面結(jié)構(gòu)。隨著入射激光能量不斷增加，位于燒蝕區(qū)域中心位置處的周期性條紋結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，在燒蝕區(qū)域的外圍區(qū)域周期性條紋結(jié)構(gòu)仍清晰可見，并用周期性結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的閾值理論

3、解釋了周期性結(jié)構(gòu)外移出現(xiàn)的原因。在高能量激光入射下，燒蝕區(qū)域周期性表面結(jié)構(gòu)進一步被破壞，不再清晰可見，在外圍區(qū)域出現(xiàn)了納米顆粒，但條紋結(jié)構(gòu)的周期并未發(fā)生變化。我們通過比較實驗測得的不同入射激光能量下金屬銅和鈦的周期性條紋結(jié)構(gòu)的周期與用公式計算出的周期比較，理論與實驗符合較好，得出結(jié)論：飛秒激光誘導周期性條紋結(jié)構(gòu)的周期與入射激光能量無關(guān)，與金屬種類有關(guān)。另外，我們還對半導體硅材料進行了燒蝕分析，發(fā)現(xiàn)了不同于金屬材料的波紋狀周期性結(jié)構(gòu)。我們

4、以鈦為靶材，通過建立入射激光功率與燒蝕孔徑之間的關(guān)系間接計算得到鈦的單脈沖燒蝕閾值為0.20 J/cm2。同時我們對飛秒激光燒蝕硅靶后不同燒蝕區(qū)域進行元素成分分析，得出隨著脈沖個數(shù)的增加，燒蝕區(qū)域的氧含量也隨之增加，對于相同脈沖個數(shù)，不同燒蝕區(qū)域的氧含量也不盡相同，燒蝕中心區(qū)域的氧含量要明顯高于邊緣區(qū)域，這對于以后的飛秒激光精細加工有著很好的指導作用。
　　最后我們固定入射激光能量，對不同入射激光脈沖個數(shù)下飛秒激光燒蝕金屬銅和鈦的