飛秒強激光脈沖對Ta-,2-O-,5-薄膜激勵作用的動態(tài)研究.pdf

1、飛秒激光被廣泛應用于物理、化學反應的動力學分析和超精細加工。在與物質相互作用的過程中，飛秒激光脈沖顯示出與長脈沖激光不同的特性如熱影響“凍結”、可突破光學衍射極限等。對飛秒激光脈沖與寬帶隙介質相互作用進行研究，一方面可以促進超快、超強光學的發(fā)展，一方面可以促進飛秒激光加工技術的發(fā)展，也可形成一種制備新材料的新思路。 本文以時間分辨的反射率和透射率為出發(fā)點，主要研究了飛秒強激光脈沖激發(fā)下Ta2O5介質薄膜光學性質的變化，核心內容是

2、飛秒強激光脈沖與Ta2O5介質薄膜相互作用過程中光學常數(shù)及電子濃度分布函數(shù)的模擬，建立了一個新的飛秒激光脈沖與寬帶隙介質相互作用的動力學模型，目的在于進一步理解飛秒激光脈沖與物質相互作用機理。 1、采用單層吸收膜-透明襯底模型對實驗結果進行擬合，得出60％單脈沖損傷閾值泵浦強度下，Ta2O5介質薄膜光學參數(shù)瞬態(tài)變化的峰值為折射率△n=-2.2％，消光系數(shù)△k=0.035。結合Maxwell方程組，進一步擬合Ta2O5介質薄膜復介

3、電常數(shù)瞬態(tài)變化的峰值為實介電常數(shù)△εr=-4.3％，虛介電常數(shù)△εi=0.15，繼而得到光生自由電子濃度分布，在約80fs處達到最大值3.8×1020cm-3，約為損傷電子濃度臨界值的21％；在2ps后，電子濃度剩下約47％。 2、將實驗條件和參數(shù)代入飛秒激光與寬帶隙介質相互作用的動力學速率方程并進行數(shù)值模擬。在脈沖開始作用后30fs前多光子電離是主要的自由電子產生機制，隨后碰撞雪崩電離逐漸加大。電子濃度達到最大值時，碰撞雪崩電

4、離產生的電子濃度增長占到了電子濃度總增長的約70％，復合帶來的影響約6％。電子濃度在達到最大值之后開始下降，有效弛豫時間為490fs時，脈沖作用2ps后自由幾乎全部復合。 3、同時考慮缺陷復合和俄歇復合機制，結合實驗現(xiàn)象，我們對現(xiàn)有動力學速率方程進行適當修改和調整。在250fs前同時考慮缺陷復合和俄歇復合、250fs之后只考慮俄歇復合。在缺陷復合系數(shù)為9×10-9cm3/s和俄歇復合系數(shù)為4.5×10-29cm6/s時我們得到了