飛秒激光與固體材料相互作用機(jī)理與應(yīng)用研究.pdf

1、飛秒激光脈沖提供了一種超強(qiáng)、超高的電場(chǎng)能夠超過價(jià)帶電子的束縛力，使分子、原子的電子體系發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，能夠用于固體材料的超精細(xì)處理。飛秒激光在與固體材料相互作用過程中，對(duì)于不同的材料，如電介質(zhì)、半導(dǎo)體、金屬等自由電子數(shù)量的不同，造成其對(duì)激光能量的吸收機(jī)制和熱傳導(dǎo)不同，直接導(dǎo)致材料最終消熔機(jī)理差異。本文詳細(xì)研究了激光與固體材料作用時(shí)，激光能量在材料內(nèi)部被吸收以及能量在材料內(nèi)部傳導(dǎo)直至材料損傷的方式，并進(jìn)行了飛秒激光與金屬和半導(dǎo)體材料相互作

2、用的實(shí)驗(yàn)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(shí)，隨著時(shí)間的變化材料內(nèi)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(gè)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(dǎo)地位。并借助于雙溫模型數(shù)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(shí)驗(yàn)部分，使用波長(zhǎng)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(shù)目分別為N=i0、100、1000時(shí)對(duì)鎳基單晶高溫合金CMSX一4進(jìn)行打孔，得出孔徑大小與激光參數(shù)的關(guān)系，根據(jù)高斯模型計(jì)算CMSX一4在各個(gè)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(shù)的關(guān)系。此外，還進(jìn)行了飛秒激光與半導(dǎo)體材料相互作用的應(yīng)用研究，使用波長(zhǎng)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(qiáng)的熒光發(fā)射，分析