激光烧蚀过程中密度交叠区振荡稳定时间与晶粒尺寸均匀性的关系

在不同环境气体中,对脉冲激光烧蚀产生的Si粒子的输运过程进行了Monte Carlo动力学模拟,并实验研究了脉冲激光烧蚀制备纳米Si薄膜的晶粒尺寸分布. 在理论分析和实验研究的基础上,讨论了纳米Si晶粒尺寸分布和烧蚀过程中出现的交叠区振荡稳定时间的对应关系. 结果表明,Si蒸气/环境气体高密度交叠区振荡稳定时间越短,所制备的纳米Si晶粒尺寸分布越均匀.     

脉冲激光烧蚀过程中等离子体屏蔽的形成

脉冲激光烧蚀技术被广泛应用于诸多领域,特别是在微电子/光电子器件、纳米材料制备以及新型元器件制备等领域有着重要的地位,并具有很大的发展潜力。对脉冲激光烧蚀过程中等离子体屏蔽现象的分析将有利于激光烧蚀技术的进一步发展。本文建立了一维半导体Ge激光烧蚀模型,对紫外激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟,并对等离子体屏蔽现象前后蒸汽的数密度、速度和温度的时空演化进行分析,观察到冲击波形成过程,并发现蒸汽密度,温度,速度的爆发不是同时的。     

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

脉冲激光沉积纳米Si晶粒气相生长的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法,引入粘连成核模型,模拟了脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒的气相成核与长大过程,并研究了初始烧蚀Si粒子总数对纳米晶粒尺寸和密度分布的影响.研究结果表明:随着初始烧蚀Si粒子总数增大,纳米晶粒数目增多,尺寸分布变宽,Si晶粒尺寸分布近似满足幂函数衰减规律.给出了烧蚀粒子和环境气体密度随时间演化图,所得结论可为进一步研究纳米晶粒生长动力学提供理论依据.     

激光退火能量对非晶Si薄膜晶化的影响

采用XeCl准分子脉冲激光,在真空环境中烧蚀单晶Si靶,在Si(111)和石英衬底上沉积生成非晶Si薄膜.在同样的环境下,用激光对非晶Si薄膜进行退火,通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对退火后的样品进行分析比较.结果表明,激光能量对非晶薄膜的晶化和纳米晶粒尺寸有重要影响.     

脉冲CO2激光高精度烧蚀熔石英玻璃

激光抛光是一种能获得超光滑表面新颖的光学元件加工方法,但抛光后表面存在残余波纹和面形畸变.激光高精度烧蚀可用于对元件表面残余波纹和面形进行修正,是一种极具潜力的修形技术.本文开展了激光高精度烧蚀熔石英玻璃的实验,验证了脉冲CO2激光通过控制重叠率可以实现高精度的局部区域均匀烧蚀,并可通过控制激光功率密度获得不同纳米量级的烧蚀深度.但实验发现激光局部区域烧蚀过程存在热累积和过烧蚀的现象.为此建立三维数值模型模拟脉冲CO2激光扫描熔石英表面的过程,对不同重叠率及不同脉冲重复频率作用下熔石英表面温度分布及演变进行分析.数值计算结果表明,重叠率过高将导致熔石英过烧蚀;在合适的重叠率下,高脉冲重复频率会导致明显的热累积.     

激光产生的Si等离子体的光谱分析

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光烧蚀Si靶产生的极真空紫外波段等离子体光谱,通过标定发现,光谱中的分立谱线主要来自于Si 7+-Si 10+离子的2s-2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态粒子数布居满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同电荷态Si离子的离子丰度随电子温度的变化关系,并给出了不同等离子体参数条件下的理论模拟光谱.通过与实验光谱的比较,确定了等离子体参数.     

散射电场对激光烧蚀制备纳米Si晶粒分布和尺寸的影响

在10 Pa的氩气环境下采用了脉冲激光烧蚀技术(PLA),通过引入散射电场沉积制备了纳米Si晶粒薄膜.X线衍射谱(XRD)和Raman谱测量均证实了在薄膜中已经形成了纳米Si晶粒;利用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的薄膜进行了形貌表征.结果表明,纳米Si晶粒的分布以及其平均尺寸均相对于轴向呈对称分布,加入散射电场后纳米Si晶粒的分布范围增大,其平均尺寸最大值所对应与靶的轴向夹角变大.利用MATLAB对烧蚀颗粒在散射电场的运动过程进行数值模拟,得到与实验结果一致的规律.     

环境气体种类对烧蚀粒子输运动力学的影响

为深入理解纳米硅(Si)晶粒的成核机理,实现纳米Si晶粒的均匀可控,采用蒙特-卡罗(MonteCarlo)模拟方法,对脉冲激光烧蚀单晶Si靶沉积纳米Si晶薄膜过程中烧蚀粒子在环境气体中的输运动力学过程进行了模拟,并研究了环境气体种类对烧蚀粒子时空分布的影响.研究结果表明,当环境气体种类确定时,随着时间的推移,烧蚀粒子强度分布的峰值右移;并且在He环境气体中烧蚀粒子的传播距离最大,在Ar环境气体中烧蚀粒子传播距离最小;随着距靶的距离增加,烧蚀粒子的强度减小,在Ne环境气体中传输的烧蚀粒子出现二次强度峰的时间最早,并且强度峰值最大.     

强激光烧蚀铝靶实验及数值模拟

为研究强激光对金属铝靶的毁伤效应及作用规律,进行了不同能量强脉冲激光烧蚀铝靶实验。采用纹影高速照相技术,观察了激光作用铝靶过程中形成的溅射产物和冲击波流场,获得了不同激光能量作用下铝靶的烧蚀特征。建立了强激光烧蚀铝靶的2维计算模型,对脉冲激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光脉冲能量对铝靶烧蚀深度的影响规律。对连续强激光大光斑烧蚀铝靶过程进行了数值模拟计算,对比分析了有重力和无重力作用下烧蚀深度以及烧蚀形貌特征。结果表明,在重力作用下烧蚀深度小于无重力作用下的情况,而烧蚀面积大于无重力作用下的烧蚀面积。      

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

具有防烧蚀功能的球端面光纤的实验研究

用射线理论对半导体激光器与球端面光纤耦合光路作了计算和分析.对大功率半导体激光器与三种不同直径球端面光纤耦合界面的防烧蚀进行了实验研究.实验结果表明,大功率半导体激光器对光纤的烧蚀主要集中在粘接剂区,且大直径的球端面光纤能有效地减小烧蚀对系统耦合效率的影响.     

激光层裂技术测量涂层与基体结合强度研究

激光层裂法测量涂层结合强度是近年来新发展的一种方法 文中介绍了该方法检测的基本原理与实验方法 ,并对该测量方法的几个关键技术 ,即应力波生成与传播的数学模型、约束层与能量吸收层对应力波形的影响、应力波形的测量与临界值的判定 ,进行评述 并讨论了该技术的研究进展     

飞秒激光烧蚀炸药的冲击压力数值模拟

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体,飞秒激光烧蚀炸药技术可用于精密加工炸药元件和安全处理废旧弹药.为深入探讨飞秒激光烧蚀炸药作用规律,采用非线性有限元计算方法,建立了飞秒激光烧蚀炸药过程的起爆计算模型,对飞秒激光烧蚀LX-17和LX-10两种炸药过程进行了数值模拟计算,获得了不同飞秒激光能量作用下等离子体和炸药中的压力分布规律.计算结果表明,在飞秒激光烧蚀炸药的过程中,烧蚀产物等离子体和激光作用区外附近炸药的初始压力较高,但是由于激光烧蚀区域极小,炸药内冲击波压力迅速衰减,没有发生起爆现象.      

金属材料表面激光热处理的研究与应用

从激光表面强化，激光熔覆、激光合金化及工程应用等4方面阐述了近年来金属材料表面激光热处理的研究与现状，提出其存在的问题与不足，并对其发展前景作了展望，提出了本课题研究内容及方向。     

Au, Ag and Au:Ag colloidal nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation as SERS substrates

Chemically pure colloidal suspensions of gold and silver nanoparticles were synthesized using pulsed laser ablation.The dependence of laser fl uence on the surface plasmon characteristics of the nanoparticles was investigated.Au:Ag colloidal suspensions were prepared by mixing highly monodisperse Au and Ag nanocolloids.The plasmon band of these mixtures was found to be highly sensitive to Au:Ag concentration ratio and wavelength of the laser beam used in the ablation process.The Au:Ag mixture consists of almost spherical shaped nanostructures with a tendency to join with adjacent ones.The surface enhanced Raman scattering activity of the Au,Ag and Au:Ag colloidal suspensions was tested using crystal violet as probe molecules.Enhancement in Raman signal obtained with Au:Ag substrates was found to be promising and strongly depends on its plasmon characteristics.     

背景气压对纳秒脉冲激光烧蚀半导体Ge的影响

为了深入理解在纳秒激光烧蚀半导体材料过程中背景气压对烧蚀过程以及羽流膨胀动力学特性的影响,本文利用一维激光烧蚀和流体动力学耦合模型,对不同He气压下的纳秒脉冲激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟计算.结果表明：在氦气环境下,背景气压的变化对辐照在靶面的激光能量影响较小,因此靶面蒸发率、靶面温度和靶面烧蚀深度对气压变化的敏感程度较低;同时,背景气压的增大抑制了羽流膨胀,使羽流膨胀速度减小.计算结果和分析对于优化纳秒激光烧蚀半导体时背景环境气压具有理论指导意义.     

激光推进轻型飞行器--大气模式和激光烧蚀推进相结合

结合实验中得到的现象讨论激光烧蚀的物理机制和理论模型 ,提出大气模式和激光烧蚀模式相结合的模型 ,并证实其可行性