飛秒激光微納加工中的電子激發(fā)動力學(xué).pdf

1、飛秒激光具有超短脈沖寬度（1fs=10-15s）、超高峰值功率的特點(diǎn)，飛秒激光與物質(zhì)作用表現(xiàn)出的非線性和準(zhǔn)熱絕緣特性使其在微納加工領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。飛秒激光可以用于制備高性能微透鏡陣列、納米光柵、三維微通道、浸潤性可控表面微結(jié)構(gòu)等先進(jìn)功能元器件，也可以用于制備復(fù)雜的三維集成系統(tǒng)，如微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）和片上實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-chip）等。飛秒激光微納加工中激光與物質(zhì)突出的作用機(jī)制表現(xiàn)為光子-電子-聲子的能量傳輸過程，其中的電

2、子超快激發(fā)等動力學(xué)過程會對材料加工中微區(qū)能量傳輸、非線性光電離、超快相變等瞬態(tài)過程產(chǎn)生重要影響，因而對飛秒激光微納加工機(jī)理研究具有非常重要的意義。本文針對飛秒激光作用金屬和電介質(zhì)材料中的電子激發(fā)動力學(xué)開展了論文的研究工作，深入探討了飛秒激光作用金屬材料的微尺度時空溫度場的超快弛豫特性及其規(guī)律，研究了基于熱電子發(fā)射的Au膜燒蝕閾值理論模型，探索了飛秒激光整形脈沖鏈誘導(dǎo)熔融硅材料表面周期納米結(jié)構(gòu)的電子動力學(xué)過程。論文的主要工作如下：

3、　　針對飛秒激光與金屬作用中的超快熱弛豫過程，通過引入傅里葉熱擴(kuò)散機(jī)制，提出了一種時間序列熱弛豫模型，通過該模型研究獲得了飛秒激光單脈沖及整形脈沖與金屬作用的跨時間尺度（飛秒~納秒）的熱弛豫特性及溫度場時空進(jìn)化特性，并獲得了飛秒激光與多層金屬介質(zhì)作用的溫度場弛豫特性。該研究對于澄清飛秒激光與金屬作用的超快熱弛豫機(jī)制，進(jìn)而調(diào)控飛秒激光微納加工中的超快加熱過程具有重要意義。
　　研究了飛秒激光激發(fā)Au膜表面熱電子發(fā)射的超快動力學(xué)過程，

4、獲得了不同熱弛豫機(jī)制下的熱電子發(fā)射規(guī)律；在雙溫模型中引入了熱電子發(fā)射表面能損失機(jī)制，提出了飛秒激光燒蝕金屬膜閾值模型，獲得了熱電子發(fā)射對Au膜電聲弛豫周期的影響規(guī)律，并成功預(yù)測出不同厚度Au膜的飛秒激光破壞閾值，該研究探明了熱電子發(fā)射與Au膜燒蝕閾值之間的內(nèi)在聯(lián)系，為準(zhǔn)確預(yù)測激光微加工閾值、優(yōu)化微加工參數(shù)提供了理論支撐。
　　通過引入非線性電離和表面等離子激元的瞬態(tài)作用機(jī)制，探索了激光與表面等離子激元干涉形成納米周期結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)機(jī)制