短波長激光拋光藍寶石晶體的機理研究.pdf

1、藍寶石單晶體是重要的光學元件、半導體襯底材料，廣泛應用于工業(yè)、國防和科研等領域。但是藍寶石硬度高、化學穩(wěn)定性好，難以用機械化學拋光等接觸式方法拋光。因此激光拋光是有望代替接觸式拋光藍寶石的拋光方法之一。 本文作者在總結(jié)其他學者對激光拋光機理以及激光加工藍寶石技術研究的基礎上，從激光與物質(zhì)的相互作用機制角度出發(fā)，理論分析了短波長激光拋光藍寶石過程激光與藍寶石相互作用，總結(jié)了激光與物質(zhì)的熱作用為主的波長為532nm綠光激光激光拋光藍

2、寶石過程的材料去除機理和光化學作用為主的波長為355nm紫外光激光拋光藍寶石過程的材料去除機理。并推導建立了綠光激光激光拋光藍寶石過程不同激光工藝參數(shù)與材料熔化蒸發(fā)去除量的關系。通過在掃描電鏡(SEM)、偏光顯微鏡下觀測不同激光拋光工藝條件下的藍寶石表面形貌，實驗研究分析波長為532nm的綠光激光和紫外光激光拋光藍寶石過程材料去除機理，以及激光能量、掃描速度等工藝參數(shù)對其影響作用。通過研究，本文得出如下主要結(jié)論： 1．理論推導得

3、出綠光激光與藍寶石相互作用以熱作用為主。單脈沖激光蒸發(fā)去除材料的最大深度與激光能量成正比、與聚焦光斑以及激光束入射角的余弦成反比。紫外激光與藍寶石相互作用以多光子吸收的光化學作用為主。 2．在綠光激光與紫外光激光能量分別達到20mJ和0.1mJ時藍寶石表面材料開始去除，而激光能量分別達到40mJ和0.5mJ藍寶石表面材料的去除量急劇增大。 3．實驗研究得出綠光激光拋光藍寶石過程熱作用占主要地位，存在破碎去除和熔化、蒸發(fā)去

4、除兩種機理。紫外光激光拋光藍寶石光化學作用所引起的組織細化為主要的去除機理，同時存在微破機理，與符合理論分析結(jié)果較一致。 4．綠光激光拋光藍寶石在激光能量為20mJ、40mJ的情況下，材料去除機理以斷裂破碎為主，同時存在輕微熔化機理。激光能量為60mJ時，材料去除機理主要為熔化、蒸發(fā)。紫外光激光拋光藍寶石在激光能量為0.5mJ時，材料去除機理以微破碎為主，激光能量為0.9mJ時，材料除了微破碎去除機理外，還出現(xiàn)少量組織細化形貌。