基于纳飞秒双脉冲激光的蓝宝石蚀除研究

蓝宝石作为一种典型的宽带隙半导体材料具有良好的理化特性,在机械电子、航空航天、微电子等领域具有广阔的应用前景.本文提出采用纳飞秒双束激光进行蓝宝石加工的方法,利用飞秒脉冲峰值功率高的特性,通过多光子电离与碰撞电离,激发蓝宝石表面自由电子从而提高了蓝宝石对纳秒激光的吸收率,同时利用纳秒激光能量相对较大,技术成熟的优势,实现对蓝宝石材料的高质高效加工.为了揭示纳飞秒双束激光与蓝宝石材料的能量耦合机制,采用Fokker-Plank方程、Drude模型、双温模型对飞秒激光诱发的自由电子的演化过程及自由电子与入射激光之间的相互作用进行研究,并通过有限元仿真模拟了纳飞秒双激光与蓝宝石材料相互作用的能量耦合过程与蚀除过程,分析了纳飞秒双脉冲激光作用下,不同脉冲延时下等离子浓度的时空演化规律及其对入射激光吸收系数及反射率等表面光学特性的影响规律,揭示了纳飞秒双激光高效高质加工蓝宝石材料的机理.该研究对实现蓝宝石等宽带隙半导体等脆硬材料的高质高效加工具有重要意义.     

空气中产生太赫兹波过程有关离化机制的理论模拟

在利用光电流模型模拟空气中太赫兹辐射的过程中,飞秒激光首先将大气离化,离化后的电子在外场下加速,产生一定量的太赫兹波。当飞秒激光的能量达到一定强度时,离化过程变得复杂,可发生多阶离化,并在产生离子数中扮演重要角色,尤其是二阶离化作用突出。文章重点讨论二阶离化对产生离子数的贡献。     

飞秒激光烧蚀透明材料特性

飞秒激光的超短超强特性使它在烧蚀透明材料的机制上与长脉冲有着本质的区别,飞秒激光的烧蚀闽值由导带内的自由电子数确定,在多光子电离和雪崩电离的基础上,模拟计算出不同脉冲宽度下,融石英的烧蚀闽值。     

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.     

利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。     

飞秒激光与金属作用机理

对脉冲激光沉积过程中激光和金属作用的微观机制进行了深入分析.通过双温方程模拟得到飞秒激光作用金靶材温度随时间变化的图像.该图像反应出激光和金属表面及内部晶格作用特点.进一步分析得知,当晶格温度大于金属沸点时将会产生高能的等离子体.通过数值模拟找出了产生等离子体所需激光的能量阈值,这样能够帮助纳米材料的制备者选择激光,制备出优质的纳米薄膜.     

用激光破坏导弹外壳的两种方案--烧蚀和层裂

用定向能武器摧毁敌方弹道导弹壳体的破坏机理有两种 :烧蚀和层裂。美国的洛斯阿拉莫斯 (ＬＡＮＬ)和利物莫尔(ＬＬＮＬ)两实验室分别代表这两种破坏机理的研究者。ＬＡＮＬ研究的是射频直线加速器式的自由电子激光器 ;ＬＬＮＬ则是感应直线加速器式的自由电子加速器。1　烧蚀破坏机理。(1)当一束功率密度小于 10 8瓦 /厘米2 的激光脉冲照射在金属的表面时 ,光子即和金属的自由电子发生相互作用 ,通过逆韧致辐射 ,电子吸收能量成激发态 ,此激发电子又和晶格声子及其它电子相互作用发生能量传递。如激光脉冲宽度足够长 ,大于微微秒量级 ,则这…     

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。     

周期磁场中运动的电子与光辐射交换能量的机制

电子在右圆极化静磁场中作螺旋线运动。这种运动的电子与光辐射光波相互作用,有可能使电子获得能量,也有可能使电子失去能量。电子能量的得失可以由作用在电子上的力来计算。根据能量守恒,失去的能量由光波吸收,从而实现了激光放大。这就是自由电子激光中激光介质与光辐射能量交换的基本物理机制。     

锥形飞秒强激光等离子体中Compton散射的能量转换

应用相对论性电子与多光子集团非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,分析、计算了锥形飞秒强激光等离子体中多光子非线性Compton散射的能量转换.发现等离子体中的耦合激光场会引起能量转换效率的振荡,而静电场会降低能量转换效率.当高能电子与光子发生双光子非线性Compton散射时,电子能获得最大的能量转换效率.