飛秒激光加工石英玻璃微結(jié)構(gòu)實驗與仿真研究.pdf

1、碩士學位論文飛秒激光加工石英玻璃微結(jié)構(gòu)實驗與仿真研究ExperimentandSimulationofMicrostructureMachiningonQuartzGlassbyFemtosecondLaser作者姓名：周思雨學號：指導教師：完成日期：2120401l吳東江教授201505一Ol大連理工大學DalianUniversityofTechnobgy大連理工大學碩士學位論文摘要石英玻璃具有機械強度高、耐熱性好、熱膨脹系數(shù)小、化

2、學性能穩(wěn)定等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于光刻印刷、空間光學及激光核聚變系統(tǒng)等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域，較多涉及石英玻璃微結(jié)構(gòu)的精密加工，如表面微流道制造、表面凹槽減薄等。但石英玻璃具有高硬易碎等特點，傳統(tǒng)加工方法如光刻腐蝕、超聲波和離子刻蝕等很難在其表面進行點線面等微結(jié)構(gòu)的精密加工。飛秒激光脈寬短于絕大多數(shù)物理化學過程的特征時間，因此具有閾值效應(yīng)明顯、熱影響區(qū)極小、重鑄層小和可控性高等特點，使其在石英玻璃表面進行微結(jié)構(gòu)的精密加工成為可能。本文采用實驗與仿

3、真相結(jié)合的方法，對飛秒激光精密加工石英玻璃微結(jié)構(gòu)的形狀和形貌特征進行分析與討論，主要研究內(nèi)容包括：(1)分析飛秒激光加工電介質(zhì)過程中所涉及的非線性過程，基于?？艘黄绽士朔匠?，建立飛秒激光燒蝕石英玻璃的燒蝕閾值及單脈沖燒蝕深度模型，為微結(jié)構(gòu)加工實驗提供脈沖能量參考，為微結(jié)構(gòu)仿真模型的建立提供理論基礎(chǔ)；(2)開展微孔結(jié)構(gòu)燒蝕實驗，分析脈沖能量和數(shù)目對微孔燒蝕形狀及形貌影響規(guī)律；測量燒蝕閾值、單脈沖燒蝕深度及多脈沖累積系數(shù)等參數(shù)，對閾值模型進

4、行驗證，并為飛秒激光加工石英玻璃微結(jié)構(gòu)仿真模型的建立提供基本參數(shù)；(3)開展線槽結(jié)構(gòu)加工實驗，分析脈沖能量和掃描速度對線槽加工形狀及形貌影響規(guī)律，確定優(yōu)化的線槽加工參數(shù)；基于單脈沖燒蝕深度模型，建立線槽結(jié)構(gòu)截面形狀仿真模型，為后續(xù)凹槽仿真建立基礎(chǔ)；(4)開展單層凹槽減薄實驗，分析線重疊率對凹槽減薄形狀及底面形貌影響規(guī)律；建立單層凹槽減薄三維仿真模型，通過模型分析脈沖能量和掃描速度參數(shù)對凹槽底面粗糙度影響規(guī)律；(5)開展不同減薄方式的雙層