高重復(fù)頻率飛秒激光微納加工中熱效應(yīng)的研究及應(yīng)用.pdf

1、飛秒激光微加工已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)飛秒激光微加工使用的多是低重復(fù)頻率的飛秒光源，限制了其加工效率和速度。高重復(fù)頻率的飛秒激光可以有效解決這一問題。但當(dāng)激光脈沖的重復(fù)頻率提高后，脈沖間的熱積累會越來越顯著，由此會帶來嚴(yán)重的熱效應(yīng)問題。本論文主要基于高重復(fù)頻率的光子晶體光纖飛秒激光光源，研究高重復(fù)頻率飛秒激光的熱積累效應(yīng)及其在微納加工中的應(yīng)用。論文系統(tǒng)研究了高重復(fù)頻率飛秒激光與金屬、半導(dǎo)體、透明電介質(zhì)相互作用的物理過程，獲得了一

2、系列具有參考價值的結(jié)果。論文主要分為以下幾個部分：
　　1，闡述高重復(fù)頻率飛秒激光加工的研究進展及飛秒激光加工的一般理論。
　　2，分別利用三維柱坐標(biāo)系下的雙溫方程和雪崩電離模型對金屬和透明電介質(zhì)的微加工過程進行數(shù)值模擬，判斷出本論文所用高重復(fù)頻率飛秒激光的能量密度在單脈沖閾值以下。進而分別采用簡化的一維熱傳導(dǎo)模型和三維柱坐標(biāo)熱傳導(dǎo)模型對高重復(fù)頻率下塊狀金屬和納米金屬薄膜的受熱進行分析，同時在球坐標(biāo)系下建立了一維熱傳導(dǎo)模型，

3、對透明電介質(zhì)中飛秒激光作用的熱積累過程進行分析，獲得了激光重復(fù)頻率對飛秒激光加工的影響。
　　3，介紹實驗系統(tǒng)的組成和激光加工的方法，包括焦點判斷、成像監(jiān)控、光斑大小測量及閾值測量等。
　　4，研究高重復(fù)頻率飛秒激光的熱效應(yīng)在金屬微加工方面的應(yīng)用。（1）在塊狀金屬表面制作微浮雕結(jié)構(gòu)。研究不同重復(fù)頻率下激光參數(shù)對浮雕結(jié)構(gòu)的影響，并分析微浮雕的形成原因。（2）在銅膜表面產(chǎn)生了均勻的納米顆粒。研究激光參數(shù)對納米顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，

4、并提出納米顆粒的產(chǎn)生機制。（3）實驗研究脈沖重復(fù)頻率對飛秒激光加工金屬的影響。
　　5，研究高重復(fù)頻率飛秒激光的熱效應(yīng)在透明電介質(zhì)微加工中的應(yīng)用。分別利用52MHz和650kHz的飛秒激光在熔石英內(nèi)部刻寫出光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光子晶體波導(dǎo)。分析不同激光參數(shù)對波導(dǎo)形成的影響并提出了波導(dǎo)的形成機制。檢測波導(dǎo)的激光傳輸模式并測量波導(dǎo)的折射率改變量。
　　6，利用面積回歸法測量THz發(fā)射晶體GaP的表面破壞閾值，并實驗研究脈沖重復(fù)頻率對飛秒