飛秒激光與固體材料相互作用機理與應用研究.pdf

1、飛秒激光脈沖提供了一種超強、超高的電場能夠超過價帶電子的束縛力，使分子、原子的電子體系發(fā)生結構性變化，能夠用于固體材料的超精細處理。飛秒激光在與固體材料相互作用過程中，對于不同的材料，如電介質、半導體、金屬等自由電子數量的不同，造成其對激光能量的吸收機制和熱傳導不同，直接導致材料最終消熔機理差異。本文詳細研究了激光與固體材料作用時，激光能量在材料內部被吸收以及能量在材料內部傳導直至材料損傷的方式，并進行了飛秒激光與金屬和半導體材料相互作

2、用的實驗研究。 理論部分，通過分析飛秒激光與固體材料相互作用的時，隨著時間的變化材料內部電子與晶格之間的能量傳遞過程，將激光燒蝕過程分為非熱熔和熱熔兩個過程，飛秒激光與固體材料相互作用過程中非熱容過程占主導地位。并借助于雙溫模型數值模擬了飛秒激光與金屬相互作用過程中，由于電子一電子耦合以及電子一晶格耦合所引起的電子聲子的非平衡溫度分布的溫度曲線。 實驗部分，使用波長800nm、脈沖寬度120fs的飛秒激光作為光源，分別在

3、空氣中和真空條件下，脈沖數目分別為N=i0、100、1000時對鎳基單晶高溫合金CMSX一4進行打孔，得出孔徑大小與激光參數的關系，根據高斯模型計算CMSX一4在各個不同條件下的損傷閾值，得出不同條件下CMSX一4損傷閾值與激光參數的關系。此外，還進行了飛秒激光與半導體材料相互作用的應用研究，使用波長800nm、脈沖寬度200rs的飛秒激光掃描置于低濃度硫酸溶液中的單晶硅片，處理后的樣品熒光光譜顯示在700nm附近有很強的熒光發(fā)射，分析