飞秒激光对透明材料破坏机理的研究

来源 :中国科学院上海光学精密机械研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l040685
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近年来,激光技术中最引人注目的成就是飞秒激光技术迅速发展。由于实验手段的丰富,飞秒激光与材料相互作用也成为研究的热点。一方面,飞秒激光技术的发展开拓了超快现象的新领域。激光技术的发展已经能够得到低于1fs的激光脉冲,人们可以在飞秒时间分辨级的条件下探索相关物理规律。另一方面,超短脉冲激光对材料加工的特点是精度高,即使对于那些传统激光无法加工的材料,间接破坏也基本不存在。在超短脉冲激光加工高精度的特性发现以后,微加工等技术得到了长足的发展。 主要成果: 1.基于固体能带理论和能量守恒建立了一个描述非金属材料载流子密度和激光强度在时间和空间上的分布模型,可以用来计算透明材料的破坏阈值,烧蚀深度与激光脉宽,波长和强度之间的关系,并且描述破坏阈值与禁带宽度等材料性质之间的关系。由于在超短脉冲领域能量扩散可以忽略不计,该理论模型与实验结果更为接近。 2.解释了激光对材料破坏的多光子电离雪崩电离过程以及激光对材料的破坏阈值等问题,其计算结果比较理想。同时我们从理论上和实验上说明了50fs,800nm激光对两种具有代表性材料的破坏机理的不同,即熔石英玻璃是多光子电离产生种子电子然后由雪崩电离使导带电子浓度指数增长达到一定临界点产生破坏,而硅片的破坏则是由缺陷中直接提供种子电子然后雪崩电离过程产生材料的破坏。这个结果对于材料加工中有一定的意义。 3.研究了飞秒激光微加工几种方法,实验上制备得到了一些表面和内爆的阵列结构。从固体能带理论出发,通过解麦克斯韦方程得到一种周期结构的色散关系,证实了用激光等离子体的方法可以得到可见光波段的光子晶体的可行性。
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