飛秒激光誘導(dǎo)鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)和表面燒蝕的研究.pdf

1、隨著飛秒激光的出現(xiàn)，激光與材料的相互作用研究進(jìn)入了一個(gè)更為廣闊的空間，激光的應(yīng)用深入到更多的領(lǐng)域。本文主要介紹了一種新型的誘導(dǎo)鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的方法——飛秒激光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)，并且對(duì)該方法進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究；另外，我們利用飛秒激光對(duì)鈮酸鋰和摻鎂鈮酸鋰晶體表面進(jìn)行燒蝕研究，這對(duì)鐵電晶體抗損傷性能的深入了解以及飛秒激光微加工的應(yīng)用有著重要的意義。 在激光誘導(dǎo)鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的理論模型研究中，我們通過(guò)模擬激光電場(chǎng)對(duì)鐵電晶體中決定疇反轉(zhuǎn)的

2、離子的作用，證實(shí)了激光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)的可行性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著激光能量的遞增，誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)的激光能量窗口與非反轉(zhuǎn)窗口交替出現(xiàn)。此外，通過(guò)對(duì)模型中各種參數(shù)的研究得知，鐵電晶體的阻尼系數(shù)、耦合彈性系數(shù)、溫度、脈寬以及脈沖頻率的減小，都會(huì)不同程度地降低疇反轉(zhuǎn)的閾值，而通過(guò)減小激光束腰半徑則能實(shí)現(xiàn)更小的疇結(jié)構(gòu)。激光脈沖的載波包絡(luò)位相（CEP）亦起到重要的作用，當(dāng)CEP在0.5 附近時(shí)，激光能量能更充分利用在疇反轉(zhuǎn)上，從而增大疇反轉(zhuǎn)的概率。當(dāng)模型中的各參

3、數(shù)根據(jù)鈮酸鋰晶體的實(shí)際參數(shù)取值時(shí)，得到紅外波段的飛秒激光誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)所需的脈沖能量范圍為。 在800的飛秒激光脈沖誘導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)得到了微米量級(jí)的鈮酸鋰晶體疇反轉(zhuǎn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。此時(shí)的激光偏振方向與鈮酸鋰晶體z軸平行，相比之下，激光偏振方向改變90度后，疇反轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)變得相當(dāng)困難。這說(shuō)明激光電場(chǎng)對(duì)鋰離子的作用是誘導(dǎo)疇反轉(zhuǎn)的主因，與我們的理論模型相吻合。實(shí)驗(yàn)中的反轉(zhuǎn)閾值能流流量在1～4的范圍內(nèi)，作用的激光脈沖能量范圍在30～60，驗(yàn)證了數(shù)值模擬

4、的預(yù)測(cè)值。另外，我們還對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚焦激光的透鏡焦距選擇150，焦點(diǎn)離樣品10時(shí)，疇反轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為明顯。這種完全通過(guò)光進(jìn)行微極化的方法對(duì)三維疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)具有重要的技術(shù)參考價(jià)值。 另外，我們還研究了飛秒激光對(duì)鈮酸鋰晶體和摻鎂鈮酸鋰晶體的表面燒蝕情況。通過(guò)擬合燒蝕面積與激光能量流量的對(duì)數(shù)關(guān)系得出兩種晶體在單脈沖和多脈沖作用下的燒蝕閾值。比較發(fā)現(xiàn)摻鎂鈮酸鋰晶體的單脈沖燒蝕閾值比鈮酸鋰晶體的高出50％，而在多脈沖作用下，摻