飛秒激光微精細(xì)加工—微量物質(zhì)轉(zhuǎn)移研究.pdf

1、本論文對(duì)金屬薄膜飛秒激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移（fs-LIFT）規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。并理論研究了飛秒激光與金屬材料作用的規(guī)律。論文的主要內(nèi)容包括： 一、采用雙溫模型對(duì)飛秒激光燒蝕金屬材料的三維溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算了銅、鋁兩種材料的單脈沖飛秒激光燒蝕能量閾值，電子-晶格能量耦合時(shí)間，以及材料開(kāi)始燒蝕時(shí)間隨單脈沖飛秒激光能量變化的規(guī)律等。并計(jì)算得到了銅材料的燒蝕半徑、燒蝕深度隨單脈沖飛秒激光能量變化的規(guī)律。模擬結(jié)果表明，隨著單脈沖

2、飛秒激光能量的增加，材料燒蝕引起的噴射出現(xiàn)的越早，完成燒蝕所用時(shí)間越長(zhǎng)。同時(shí)，材料燒蝕孔半徑、深度增加，最終達(dá)到飽和。 二、首次系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光誘導(dǎo)銅薄膜前向轉(zhuǎn)移，并取得了重要進(jìn)展。包括：1）.銅薄膜fs-LIFT能量閾值實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)分別獲得了厚度為40、80及450nm銅薄膜的fs-LIFT能量閾值。分析認(rèn)為：在閾值能量時(shí)，較薄銅“源”膜的自由表面處于熔融態(tài)，而較厚銅“源”膜的自由表面處于固態(tài)；材料主要以液態(tài)形式轉(zhuǎn)移

3、。2）.銅薄膜fs-LIFT沉積點(diǎn)尺寸與激光能量、“源”膜厚度的關(guān)系研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在閾值能量時(shí)，不存在“源”膜厚度越小，沉積點(diǎn)尺寸越小的規(guī)律。3）.激光能量對(duì)fs-LIFT沉積點(diǎn)形貌影響的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)激光能量相對(duì)較小，剛達(dá)到閾值能量附近時(shí)，沉積點(diǎn)呈現(xiàn)滴的形貌：隨著能量的增加，沉積點(diǎn)呈現(xiàn)出島狀的形貌；對(duì)于較高的能量，沉積點(diǎn)呈現(xiàn)出環(huán)狀形貌。4）.接收距離對(duì)fs-LIFT沉積點(diǎn)形貌、尺寸影響的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在接收

4、距離為幾十個(gè)微米的范圍內(nèi)，當(dāng)銅膜厚度相對(duì)較薄時(shí)，沉積點(diǎn)的直徑與接收距離成反比；而當(dāng)銅膜厚度相對(duì)較厚時(shí)，沉積點(diǎn)的直徑與接收距離成正比。 三、實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光誘導(dǎo)鋁薄膜前向轉(zhuǎn)移的規(guī)律，并取得了重要進(jìn)展。包括：得到了兩種不同厚度鋁薄膜的fs-LIFT能量閾值，沉積點(diǎn)的尺寸、形貌隨激光能量變化的規(guī)律等。并實(shí)驗(yàn)研究了激光聚焦位置對(duì)沉積點(diǎn)形貌、尺寸的影響。 四、實(shí)驗(yàn)研究了利用fs-LIFT技術(shù)制作線陣及微圖形時(shí)，飛秒激光燒蝕點(diǎn)的點(diǎn)