飛秒激光對透明電介質(zhì)材料的燒蝕與微加工研究.pdf

1、本論文對飛秒激光燒蝕透明電介質(zhì)材料的特性以及飛秒激光微細(xì)加工技術(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。論文的主要內(nèi)容包括： （1）總結(jié)了飛秒激光與電介質(zhì)材料相互作用的物理機(jī)制，重點(diǎn)討論了雪崩電離和多光子電離過程，并以熔融石英玻璃材料為例分析了碰撞電離系數(shù)和多光子電離系數(shù)隨著激光入射強(qiáng)度不同的變化情況。對飛秒激光燒蝕電介質(zhì)材料的燒蝕閾值、燒蝕深度與脈沖寬度和光子能量之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。 （2）實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光燒蝕MgAl2O4透明陶瓷

2、的機(jī)理和損傷規(guī)律。理論分析并實(shí)驗(yàn)測量了MgAl2O4 透明陶瓷的單脈沖燒蝕閾值、多脈沖燒蝕閾值和多脈沖燒蝕的累積效應(yīng)。對于MgAl2O4 透明陶瓷在飛秒激光作用后的微區(qū)結(jié)構(gòu)改變進(jìn)行了場發(fā)射掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和傅立葉變換顯微紅外/拉曼光譜儀的測試，研究了飛秒激光燒蝕MgAl2O4透明陶瓷的形貌特征，重點(diǎn)討論了飛秒激光燒蝕得到的周期為300 nm，寬度為200 nm的周期性波紋狀微納米結(jié)構(gòu)。對燒蝕后的區(qū)域在波數(shù)為2500-7000

3、 /cm 范圍內(nèi)的透過率進(jìn)行了分析，結(jié)果表明能流密度在燒蝕閾值附近的飛秒激光輻照MgAl2O4 透明陶瓷后可以使其紅外透過率由82％提高到86％左右。 （3）實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光與LiNbO3晶體的相互作用。采用不同能量的單脈沖和多脈沖飛秒激光對LiNbO3 晶體進(jìn)行燒蝕，發(fā)現(xiàn)利用單束飛秒激光作用LiNbO3 晶體，只要激光脈沖的能量和數(shù)量選擇合適，都可以得到小于系統(tǒng)衍射極限的燒蝕點(diǎn)，并對超衍射極限加工的機(jī)理進(jìn)行了分析。研究了不同

4、能流密度的飛秒激光對LiNbO3晶體拉曼光譜的影響，在激光能流密度較低時(shí)，飛秒激光的燒蝕對鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)沒有顯著影響，較高能流密度的飛秒脈沖燒蝕后可以使鈮酸鋰晶體的原子平衡鍵距增大，原子間作用力減弱，平衡鍵距和鍵角呈現(xiàn)具有一定寬度的分布，并使鈮酸鋰形成了非晶化組織。 （4）選擇不同的加工參數(shù)，采用飛秒激光直寫技術(shù)在LiNbO3 晶體上制備了表面衍射光柵，實(shí)驗(yàn)和理論分析結(jié)果表明，可以通過提高燒蝕速率、降低激光脈沖能量和增大光柵常