几种紫外薄膜材料的阈值场强分析

采用多光子吸收、雪崩电离模型和多光子吸收与雪崩电离相结合的联合模型计算了几种紫外光学薄膜材料的激光诱导损伤阈值场强,得出雪崩离化模型在紫外部分已不再适用,联合模型的理论结果可用作实验参考.分析了薄膜阈值电场与入射激光频率脉宽的关系,定性地说明了材料带宽与阈值场强的关系.     

聚脂膜衬底上的类金刚石薄膜

X光电子能谱和硬度分析测试表明:利用MEVVA离子注入机在聚脂膜(PET)表面注入或沉积C,可形成类金刚石(DLC)薄膜.根据C1s XPS谱可直接计算出DLC中sp3键所占比例.沉积法生长的DLC中sp3键所占比例明显高于注入法.与衬底PET相比,表面薄膜硬度提高了1个量级,大大改善了PET的性质.对DLC膜中的碳氧化合物污染进行了讨论.     

激光薄膜的光学击穿阈值

本文阐述了激光与薄膜相互作用机理,提出了一种薄膜的激光损伤阈值定义——光学击穿阈值,该定义较现行的判别定义更为客观;给出了数种样品在此两种定义下的测试与比较结果.     

脉冲宽度对短脉冲激光诱导材料损伤研究

多光子离化和雪崩离化是激光诱导薄膜材料损伤的主要机理,但足其各自起到的作用随激光脉宽的变化是不同的.本文基于Stuart等人的电子密度演化方程,运用数值模拟方法,研究了单脉冲激光作用下熔融石英中电子密度的演化过程;讨论了脉宽对阈值功率密度和薄膜损伤阈值的影响,脉宽对多光子离化和雪崩离化的影响.     

镁合金表面制备硅掺杂类金刚石膜的性能研究

将无铬化学转化新工艺与射频等离子化学气相沉积（PECVD）技术相结合,先在镁合金表面生成一层多孔结构、附着力高的化学转化膜作为过渡层,再采用PECVD技术低温沉积一层硅掺杂类金刚石（Si-DLC）薄膜复合涂层。扫描电子显微镜和拉曼光谱图分析证实,获得的薄膜由sp2和sp3键杂化的碳硅氢化合物呈层状堆积而成,薄膜均匀、平整致密;制备的薄膜为典型的类金刚石结构。原子力显微镜直观地观察到,掺杂硅的类金刚石薄膜比未掺杂的平整致密。当硅含量达到20%时,得到的DLC薄膜最为平整致密,无铬化学转化膜层均被含硅的DLC薄膜覆盖。性能测试实验表明,将化学转化膜作为中间过渡层并采用PECVD沉积含硅的DLC薄膜明显提高了镁合金基体与其的结合强度,同时也大幅度提高了镁合金的耐磨、耐高温和耐蚀性。     

光学介质薄膜抗激光损伤特性的研究

采用离子束辅助沉积的方式镀制了几种介质膜料的单层膜。利用1.064μm调Q Nd：YAG脉冲激光器,对它们的损伤特性进行了研究。观察并讨论了在不同激光能量下薄膜的损伤现象,同时利用TaylorHobson干涉仪检测了薄膜表面的粗糙度变化。研究表明,在不同的激光能量下,单层HfO2薄膜出现了不同的损伤形态,且表面粗糙度随着激光能量的增加有正相关的变化;在同一激光能量下,不同工艺条件制备的HfO2薄膜有不同程度的损伤,可以得到较好的制备工艺参数;三种不同的氟化物薄膜即氟化镁（MgF2）、氟化钡（BaF2）、氟化钇（YF3）在相同的激光能量下,也出现了不同的损伤形貌,得出了损伤阈值高的薄膜是氟化钇薄膜。     

水热法制备高折射率的HfO2光学薄膜

采用水热合成技术制备了HfO2胶体，用旋涂法镀制了单层HfO2介质膜．采用多种仪器设备对薄膜进行性能测试和表征，并用输出波长为1．06μm、脉宽为10ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试薄膜的激光损伤阈值．研究表明，水热合成技术制备的HfO2薄膜具有较高的激光损伤阈值、折射率和较好的平整度．对HfO2薄膜激光损伤形貌和成因进行了研究．     

沉积方式对HfO2薄膜激光损伤阈值的影响

分别采用电子束蒸镀、离子束辅助沉积、离子束反应辅助沉积、双离子束溅射技术制备了二氧化铪薄膜,研究了薄膜的光学特性、缺陷、残余应力、弱吸收和抗激光损伤阈值.发现离子束反应辅助沉积的二氧化铪薄膜具有低的缺陷密度和高的损伤阈值;双离子束溅射的二氧化铪薄膜具有高的折射率、高的残余应力和低的损伤阈值.对二氧化铪薄膜的损伤阈值与上述特性之间的依赖关系进行了讨论,发现残余应力是影响薄膜抗激光损伤阈值的一个重要原因.     

结晶硅材料的单脉冲和多脉冲激光损伤研究

对半导体材料硅的单脉冲和多脉冲激光损伤现象进行研究,实验结果表明多脉冲激光辐照的损伤阈值比单脉冲的少,且多脉冲激光损伤阈值是与脉冲重复频率相关的,随脉冲重复频率增大而减少,说明损伤过程中累积效应的存在。根据实验结果和理论计算,我们指出热积累并不是损伤阈值降低的唯一原因,并对可能的损伤机理进行了讨论。     

脉冲激光辐照ZrO2薄膜剥落的研究

在得到高斯型短脉冲激光辐照光学薄膜温度分布的基础上,基于最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型,得到了发生损伤的相应的应力分布。通过数值计算,分析了在短脉冲激光辐照时ZrO2薄膜的损伤情况,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

激光脉冲法研究多孔SiO2薄膜的纵向热导率

采用激光脉冲法成功地测量了Si基底上多孔SiO2 薄膜的纵向热导率 .致密SiO2 薄膜的热导率测试数据与已有多篇文献报导值一致 .对多孔SiO2 薄膜的热导率测试结果表明 :薄膜化有利于降低材料的热导率 ,提高隔热效果 ;随着孔率增大 ,薄膜热导率明显下降 ;溶胶 凝胶法制备的孔率为 4 0 %的SiO2 多孔薄膜的热导率为 0 11W /m·K ,属隔热材料 .     

激光薄膜层裂技术的理论建模及相关诊析技术

以定量检测Al2 O3薄膜 /steel体系薄膜界面动态结合强度为目的 ,应用改进激光层裂装置 ,利用高功率脉冲激光冲击薄膜表面能量吸收层产生向基体内部传播的高幅应力波 在自由表面应用激光探针对心记录到达该面的应力波引起的振动位移 通过应力波分析、数据处理和数值模拟 ,建立了应力波传播与衰减模型 经过应力波相关技术表征 ,建立了关于界面损伤发展的 3个阶段 :初始脱粘、裂纹扩展、薄膜剥离的新的层裂判别准则 同时 ,根据应力波的到达时间和衰减方式 ,提出估计层裂面尺寸的计算方法     

激光薄膜层裂技术的理论建模及相关诊断技术

以定量检测Al2O3薄膜／steel体系薄膜界面动态结合强度为目的,应用改进激光层裂装置,利用高功率脉冲激光冲击薄膜表面能量吸收层产生向基体内部传播的高幅应力波。在自由表面应用激光探针对心记录到达该面的应力波引起的振动位移。通过应力波分析、数据处理和数值模拟,建立了应力波传播与衰减模型。经过应力波相关技术表征,建立了关于界面损伤发展的3个阶段;初始脱粘、裂纹扩展、薄膜剥离的新的层裂判别准则。同时,根据应力波的到达时间和衰减方式,提出估计层裂面尺寸的计算方法。     

激光清洗基片表面温度的有限元分析及讨论

采用有限元方法分析了激光清洗过程中基片表面的温度分布，研究了激光清洗过程中清洗阈值和损伤阈值存在的原因，推导出使用波长为３０８ｎｍ，脉宽为２８ｎｓ的准分子激光清洗硅片表面油脂的清洗阈值和损伤阈值，并进行了实验验证，其理论清洗阈值与实验结果是符合的     

沉积偏压对2024铝合金表面类金刚石薄膜结构及性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在2024铝合金表面制备类金刚石(DLC)薄膜,以改善铝合金表面机械性能。利用拉曼光谱及红外光谱,对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的成分及结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、纳米压痕仪及台阶仪等,分别对不同沉积偏压下制备DLC薄膜的耐磨性、硬度、弹性模量及薄膜厚度进行检测,并探讨了沉积偏压对薄膜结构及性能的影响规律及影响机制。研究表明:随着沉积偏压增大(1 800～2 600 V),薄膜厚度、硬度及弹性模量均先增大后减小。当沉积偏压为2 400 V时,DLC薄膜厚度最厚,硬度及弹性模量最高。当沉积偏压为2 600 V时,薄膜的H/(Ef)最高,并且摩擦系数从基体的0.492降低至0.095 8。     

氧分压对电子束蒸发ZrO2薄膜微结构的影响

用XRD衍射技术分析了基片转动和充氧条件对ZrO2薄膜组成结构的影响,发现在相同低氧压条件下(P≤1.1×10-2Pa)基片转动能够改变薄膜的组成结构,即薄膜发生从四方相到单斜相的转变;随着氧压进一步升高,ZrO2薄膜将由多晶态逐渐转变为无定形结构.同时发现基片转动能够降低充氧条件对表面粗糙度和晶粒大小的影响.激光阈值损伤测量表明,氧压条件影响着ZrO2薄膜的抗激光损伤能力,且多晶结构的激光损伤阈值高于无定形结构.     

纳秒脉冲激光对钕铁硼材料表面清洗试验研究

利用激光清洗技术对钕铁硼材料进行清洗试验,探究不同激光功率对钕铁硼材料清洗效果的影响。通过扫描电子显微镜(scanning etectron microscope, SEM)和X射线能谱仪(energy dispersive spectroscopy, EDS)分析清洗后钕铁硼材料表面形貌及元素组成成分;利用白光干涉仪检测清洗后钕铁硼材料表面的粗糙度。结果表明,清洗后钕铁硼材料的表面粗糙度随着激光功率的增大先增大后减小随后又增大;激光功率较小时,钕铁硼材料表面存在烧蚀划痕和残留的腐蚀坑,表面C、O元素不能有效去除,清洗效果不佳;在激光功率为12 W,清洗后的材料表面光洁平整,无C、O元素,表面晶相组织完整清晰无破坏,说明此时激光清洗效果最佳;当激光功率更大时,超过材料的损伤阈值,表面出现微裂纹和细小的孔洞,说明清洗效果变差。     

ZrO2光学薄膜的激光热冲击效应

计算了薄膜在高功率脉冲激光作用下截面温度场和应力分布场,分析了热冲击在光学薄膜激光损伤中的作用,并用调Q1.06um脉冲激光对ZrO2单层薄膜损伤,讨论了不同激光强度下薄膜截面温度场与应力场分布,揭示了热冲击在ZrO2单层膜损伤中的机理和过程。     

Z_rO_2光学薄膜的激光热冲击效应

计算了薄膜在高功率脉冲激光作用下截面温度场和应力分布场 .分析了热冲击在光学薄膜激光损伤中的作用,并用调 Q 1. 06μ m脉冲激光对 Z_rO_2单层薄膜损伤,讨论了不同激光强度下薄膜截面温度场与应力场分布,揭示了热冲击在 Z_rO_2单层膜损伤中的机理和过程 .     

CO2环境下DLC与不同对偶的摩擦学机理分析

高硬度、高耐磨以及良好化学稳定性的类金刚石(DLC)薄膜具有低摩擦行为.采用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜,在CSM高-低温真空摩擦试验机上进行摩擦学测试,并且基于第一性原理建模计算,分析真空和CO_2气氛与DLC薄膜同Al和ZrO_2配副之间相互作用的摩擦机理.结果表明:真空环境下,DLC同Al和ZrO_2配副对磨的摩擦系数分别为0.8和0.28;CO_2气氛环境下的摩擦系数分别为0.051和0.011.理论计算揭示,真空环境下Al/DLC和ZrO_2/DLC的相互作用界面分别形成Al—C和O—C共价键和大的界面分离功,导致摩擦系数偏高;然而,CO_2饱和了DLC表面的C悬键,且在Al/DLC-CO_2和ZrO_2/DLC-CO_2摩擦副的界面处形成了Al—O和O—O的高能反键态,导致界面分离功降低,从而呈现出较低的摩擦系数.表明ZrO_2/DLC摩擦副的摩擦性能更优;更重要的是,CO_2气氛可以显著降低两种摩擦副的摩擦系数.