激光损伤过程中导带电子产生机理

价带电子跃迁至导带形成自由电子,长激光脉冲作用时,自由电子吸收能量并传给晶格,使材料温度升高;短激光脉冲作用时,自由电子发生碰撞离化,使导带中电子数目急剧上升,当材料达到一定温度或自由电子达到临界浓度时便发生损伤.随着激光技术的发展,人们不断的完善导带电子的产生机理,以达到计算值与实验结果相一致;激光脉冲越短,越多的光-电子相互作用机制会影响导带电子的产生,雪崩离化、多光子离化、导带电子衰减及导带电子能量分布等相互耦合,导带自由电子的产生过程非常复杂.文中综述了激光损伤过程中导带电子产生的机理模型,并提出了应用于亚皮秒及飞秒激光脉冲的耦合多速率方程.     

多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理。以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律。结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降。这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象。同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工。     

脉冲Nd：YAG激光烧蚀金属Cu的诱导发光机理

通过测定Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光烧蚀金属Ｃｕ 靶诱导等离子体发光羽的发射光谱及其强度随时间与空间的分布,对发光粒子的激发机理进行了研究,结果表明,激光烧蚀诱导等离子体发光羽中,电子碰撞传能是原子和离子激发的主要途径。     

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。     

刊中刊

《科学通报》2008年53卷12期激光尾波场加速器中反向注入激光脉冲参数对电子注入的影响通过数值模拟和理论分析,研究了由两反向传播的激光脉冲在稀薄等离子体中的相互作用造成的向激光尾波场中注入电子的物理过程,并讨论了两激光     

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。     

本研制出世界最短波长X射线激光

[新华网]日本研究人员近日利用X射线自由电子激光装置成功发射出波长仅0.12纳米的X射线激光,刷新了这种激光最短波长的世界纪录。根据日本理化研究所和高辉度光科学研究中心联合发布的新闻公报,来自这两家机构的研究人员利用建在兵库县的X射线自由电子激光装置发出了波长仅0.12纳米的X射线激光,打破了美国的直线加速器相干光源于2009年4月创下的0.15纳米的最短波长世界纪录。     

基于数字全息的金属薄膜热形变测量

提出了一种利用数字全息来检测飞秒激光脉冲激发金属薄膜产生的表面热形变的方法.主要研究了2束飞秒脉冲激光在低于烧蚀阈值的条件下激发金属薄膜表面所产生的热形变.通过菲涅耳离轴数字全息,记录金属薄膜表面在激光脉冲激发前后的2幅全息图.通过数值再现得出2幅全息图的相位差分布,再由相位差分布确定金属薄膜表面产生的热形变.实验结果表明,低于烧蚀阈值的条件下,飞秒脉冲激光激发金属薄膜的表面形变主要由热效应引起,其分布可以通过热传导微分方程和热弹性理论来模拟计算,数值模拟结果与实验结果相一致.在脉冲激光与物质相互作用及利用所提方法探测光热物理参数方面可以提供理论与实验支持.     

电子束流切割器

电子直线加速器要求有一个束流品质优良的电子源。在常规的脉冲电子枪,如二极管式的电子枪提供的电子束流时间波形,它的上升时间(简称前沿)和下降时间(简称后沿)都大于1微秒,难于满足物理试验对直线加速器的能散度要求.为了改善其波形,减少能散度,减轻后面环节的束流负载,我们设计了一台结构紧凑的切割器.实验证明,它可对能量     

斯坦福直线对撞机彩色插图说明

图1 斯坦福直线对撞机:在2英里长的直线加速器中加速电子(红色)和正电子(蓝色),它们在总能量约为1000亿电子伏时对撞,电子枪阴极接连发出两个电子团(1)。电子团加速到10亿电子伏,且在衰减环中被压缩(2)。经压缩后的电子团注入直线加速器,并在那里伴随一个经压缩的正电子团(3)。领头的电子团和正电子团被加速到末端,经偏转后进入两个大弧环内(4)——电子向左偏,正电子向右偏。磁场控制束流并将束径聚到几个微米(5)。束流在马克-2探测器内对撞(6)。同时,尾部的电子团从直线加速器中偏出,打靶产生正电子簇射(7)。正电子团返回到直线加速器始端(8)。经压缩后再注入直线加速器作为下一个运行周期所需的正电子团(9)。右下图表示:SLC见到的第一个Z°粒子直接衰变成一个夸克和一个反夸克,即产生两个强子喷注。图2 由Z°媒质参与的六个弱相互作用的费曼图。用一根轴表示距离,另一根轴表示时间。理论预言:若左列图     

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.     

超短脉冲激光烧蚀熔融硅的理论模型

在Fokker_Planck方程的基础上,对超短脉冲激光烧蚀熔融硅的机理进行分析研究,建立了雪崩电离、多光子吸收电离导致的熔融硅烧蚀机理的数学模型。其计算得出的激光能量密度和临界烧蚀阀值与实验结果很好的吻合,定量解释了超短脉冲激光对熔融硅烧蚀损伤微观过程的影响。     

自由电子激光的发展和未来

自由电子激光(以下简称FEL)是基于使用高能电子直接产生相干辐射的新概念,不同于一般激光之基于能级跃迁的原理。它是加速器技术、激光技术、微波技术和一些其他高技术交融、交汇的综合体。它有优于其他光源的许多特点,如波长在一个波段内连续可调,功率潜力巨大,光束质量可达衍射极限,可产生超短脉冲等。它与一般激光相比,两者都是相干光,但它却有波长容易连续调变的优点;与同步辐射相比,两者都可覆盖宽广的波带,但它却是相干辐射,而相干电磁辐射对人类生活和科技进步已作出的贡献,如无线电、电视、雷达、激光等则是人所共知的。因此,自1977年红外FEL振荡器出现之后,引起科技界很大的重视,各科技先进国家纷纷投入研制,都首先在各自已有的能提供电子束流的加速器上开展研究,使用的加速器计有脉     

空间分辨光谱测量研究准分子激光对AI表面的烧蚀

采用空间分辨光谱测量技术，研究了３０８ｎｍ紫外激光烧蚀Ａｌ表面发射粒子的动力学过程。通过测量溅射粒子发射谱中Ａｌ（Ｉ）３９６．１和Ａｌ（Ⅱ）２８１．７ｎｍ线强度的空间分布，以及激光能量密度和不同烧蚀环境压力对它们的发射强度空间分布的影响，讨论了紫外３０８ｎｍ激光溅射Ａｌ表面发射粒子的微观过程。认为Ａｌ原子和Ａｌ离子的激发机理不完全相同，它们除被等离子体中的高电子碰撞激发外，Ａｌ离子和电子的复合，也     

超短脉冲激光与高分子聚合物聚酰亚胺的相互作用研究

超短脉冲激光与高分子聚合物聚酰亚胺的相互作用主要分为两个领域：激光对其表面改性中的应用和激光等离子体微推进中的应用。本文简述了目前在激光烧蚀高分子聚合物聚酰亚胺中存在的问题及其发展前景。     

HfO2,SiO2单层光学薄膜激光预处理机理研究

ＳｉＯ2单层光学薄膜,经低于其破坏阈值的脉冲Ｎｄ3 ∶ＹＡＧ激光预处理后,薄膜的抗激光损伤阈值可达到未处理前的两倍或两倍以上[1,2],而对于ＨｆＯ2单层光学薄膜脉冲Ｎｄ3 ∶ＹＡＧ激光预处理的效果却比ＳｉＯ2薄膜有显著差异(图1所示).对于光学薄膜,激光预处理提高抗激光损伤阈值的机理已有大量研究[1,3,4,6,7],但是,还没有一个共同认可的结论.我们对这一问题也进行了理论和实验探索,得到了一些初步的结果,现报道于下.图1　单层ＨｆＯ2,ＳｉＯ2光学薄膜激光已处理和未处理效果比较1　激光破坏光学薄膜的物理过程　　要弄清楚激光预处理提…     

空间分辨光谱测量研究准分子激光对Al表面的烧蚀

采用空间分辩光谱测量技术，研究了３０８ｎｍ紫外激光烧蚀Ａ１表面发射粒子的动力学过程。通过测量溅射粒子发射光谱中Ａ１（Ⅰ）３９６．１和Ａ１（Ⅱ）２８１．７ｎｍ线强度的空间分布，以及激光能量密度和不同烧蚀环境压力对它们的发射强度空间分布的影响，讨论了紫外３０８ｎｍ激光溅射Ａ１表面发射粒子的微观过程。认为Ａ１原子和Ａ１离子的激发机理不完全相同，它们除被等离子体中的高能电子碰撞激发外，Ａ１离子和电子的复合，也是引起Ａ１原子激发的一个重要通道。     

计算机层析摄影技术在无损检测高能炸药上的应用

本文综述了美国能源部将计算机层析摄影技术（ＣＴ）用于高能炸药无损检测方面的应用研究状况，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（ＬＬＮＬ）、洛斯阿拉莫斯国家实验室（ＬＡＮＬ）和潘台克斯（Ｐａｎｔｅｘ ｐｌａｎｔ）工厂在这方面做了大量工作，包括ＣＴ机的建造、实验方法的制定、数据的采集和图象的重建等。测试样品从模拟件到小型炸药件、中型炸药件、大型炸药件、铸装炸药，压装药饼和半球，ＰＢＸ－９５０１、ＰＢＸ－９５０２和     

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。     

超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理

为探究超快脉冲激光对难加工材料的烧蚀特性与损伤机制,利用皮秒脉冲激光研究钛合金的烧蚀阈值、烧蚀形貌和作用机理。依据烧蚀面积和激光能量密度的线性关系,确定了钛合金的烧蚀阈值,通过显微镜观察分析了不同激光参数下钛合金的表面烧蚀形貌,采用雪崩电离与多光子电离详细解释了超快脉冲激光对钛合金的作用机理,并从烧蚀形貌和阈值角度划分了烧蚀区域。结果表明:钛合金的烧蚀阈值约为0.109J/cm2;在1 064nm波长下的烧蚀质量要优于532nm波长下的质量,而低重复频率能获得高质量的微结构,烧蚀中央区域材料去除更为均匀,且烧蚀弹坑形状规则,表面平滑;随着脉冲数和能量的增加,光子能量累积增多,烧蚀尺度和形貌特征愈加明显,烧蚀边界愈加清晰,说明脉冲数和光子能量累积是表面微结构诱导的关键要素之一;烧蚀区域可划分为改性区、过渡区、再沉积区和烧蚀区,在烧蚀区以多光子电离为主,在改性区、过渡区和再沉积区以雪崩电离为主。该结果可为超快脉冲激光微结构精密加工提供参考。