激光烧蚀Cu产生等离子体的连续辐射研究

通过对脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀金属Ｃｕ过程中,的烧蚀靶和收集板上电荷的时间分辩测量,分析了烧蚀过程中是民离子从烧蚀靶表面的发射特征。结合连续辐射强度的时空分布,讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产生机理,认为连续辐射是以 电子的轫致辐射为主要机制。     

基于高温原位观测的高速风洞内强激光诱导的瞬态破坏行为研究

建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。     

玻璃钢经激光碳化后对微波传输影响的计算──玻璃钢的激光碳化破坏研究之三

本文利用二氧化碳激光对新型复合材料４５０１Ａ型玻璃钢烧蚀实验结果，对碳化物及热解物的参数进行拟合，应用电磁波传输的网络理论建立分层介质模型，对玻璃钢碳化前后的微波传输性能进行了数值模拟，得到了与实验接近的结果。结合实验结果分析了个电常数、电导率及损耗角在微波传输中的作用。     

飞秒激光加工半导体材料考虑电子逆韧致辐射吸收效应的烧蚀理论模型

本文对飞秒激光加工微纳器件半导体材料过程中的微观烧蚀机理进行了理论研究,基于试探粒子法,采用Fokker-Planck方程,建立了描述飞秒时间尺度内的电子非平衡态输运过程的理论模型,该模型屏弃了弛豫时间和激光吸收系数为常数的假设,给出了屏蔽coulomb势作用下电子输运的漂移系数与扩散系数表达式,考虑了电子逆韧致辐射机制对激光吸收系数的影响,通过数值模拟获得了自由电子非平衡态分布,并在此基础上计算了飞秒激光的烧蚀阀值,讨论了飞秒激光参数对烧蚀半导体材料的影响。     

玻璃钢经激光碳化后对微波传输影响的计算——玻璃钢的激光碳…

本文利用二氧化碳激光对新型复合材料４５０１Ａ型玻璃钢烧蚀实验结果，对碳化物及热解物的参数进行拟合，应用电磁波传输的网络理论建立分层介质模型，对玻璃钢碳化前后的微波传输性能进行了数值模拟，得到了与实验接近的结果。结合实验结果分析了介电常数、电导率及损耗角在微波传输中的作用。     

重复激光脉冲作用下薄膜损伤演化规律研究

为了深入研究重复激光脉冲的能量效应对光学薄膜的烧蚀机理,采用实验观测与热力学分析相结合的方法进行了研究。通过观察光学薄膜烧蚀形貌随入射激光脉冲数量增加发生改变的典型形貌特征,分析了激光与等离子体相互作用的热力学过程,得到了在激光重复脉冲作用下光学薄膜的损伤特性及其演化规律。结果表明,薄膜在重复脉冲作用下,其表面会变得粗糙,这会大大增加对激光的吸收效应,从而加速了薄膜的破坏,最终被完全去除而露出基底;同时,烧蚀物会在热膨胀作用下向激光作用区域外扩散,在激光烧蚀中心区域外进行沉积,而形成更大范围的污染。由于激光光强为高斯分布,重复脉冲作用的效应主要是对在光束中心区域的薄膜进行集中烧蚀,会不断增加烧蚀的损伤程度,而对烧蚀面积的增加效应极为有限。这一研究结果为重复激光脉冲对薄膜烧蚀机理的建立提供了参考。     

玻璃钢激光烧蚀碳化致微波传输衰减的数值模拟

当激光辐照玻璃钢烧蚀碳化至一定程度时,产生的树脂碳产物对微波传输产生衰减作用。针对该现象,开展了数值建模研究,将激光辐照-微波传输衰减效应分解为激光辐照、材料热响应、提取模型表征量、微波传输衰减分析等过程。通过玻璃钢材料的激光耦合特性和表面温度测试,对建立的玻璃钢层合板激光辐照温度场计算模型进行了验证;通过材料体温度分布的时间演进分析,提取了网格单元温度超过阈值温度的持续时间加权和S_{t, Tc}、网格单元温度超过阈值温度的持续时间与温度乘积的加权和S_{Tt, Tc}两个模型表征量,采用单个实验数据标定系数、整体数据点匹配分析方法,对微波传输衰减实验与数值模拟结果进行了分析。分析结果表明,S_{t, Tc}比S_{Tt, Tc}更适于表征玻璃钢烧蚀碳化致微波传输衰减效应,温度阈值为873 ℃时计算结果与实验结果最匹配,其R2为0.9956。这说明,通过计算激光辐照玻璃钢温度响应并提取微波传输衰减效应表征量S_{t, Tc},可实现对玻璃钢激光烧蚀碳化致微波传输衰减效应的模拟和预测。     

脉宽对飞秒激光烧蚀合金影响的数值模拟

运用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与B2结构镍钛合金相互作用的烧蚀机制。采用中心波长为800 nm,能量密度为29.3 mJ/cm2,脉宽分别为50、200、500、1 000 fs激光烧蚀90 nm厚度的靶材,并对靶材底部运用压力传输边界条件,表明传输边界条件能够运用于该数值模拟中。靶材温度、内部压...     

超声振动辅助激光烧蚀铝表面形貌仿真分析

为研究超声复合激光蚀除机理,本文使用COMSOL软件对超声振动辅助激光烧蚀金属铝表面烧蚀过程进行仿真,对比研究了超声振动对激光蚀除机理和过程的影响。研究发现,激光烧蚀的开始阶段主要以高温汽化来去除材料。随着烧蚀时间的增加,蚀除方式主要转变为熔融物飞溅蚀除,这对烧蚀凹坑的形成起主要作用。并研究了不同频率下激光蚀除材料的速度,研究发现,引入超声振动后,蚀除速度降低了26.2%-39.43%。     

近红外成像技术在Er离子激光牙科手术中的应用

牙釉质在1310 nm波长附近几乎是完全透明的.因此可以使用近红外成像技术来观测激光牙科手术时激光烧蚀坑的形成过程.通过对不同激光照射条件下激光烧蚀坑形成过程的监测.可以对烧蚀坑周围由热和瞬时应力引起的损伤进行评估.测量激光烧蚀的速率和效率.得出激光烧蚀的内在机制.本文采用自由振荡的Er:YAG和调Q Er:YsGG激光器,在不同条件下对厚度约为2～3 mm的健康的人类牙齿切片进行了烧蚀处理,使用带有近红外变焦显微镜的InGaAs面阵相机,以卤钨灯加中心波长为1310nm的带通滤光片为近红外光源,对牙齿切片激光烧蚀的部位进行了成像探测.探测结果表明,Er离子激光对牙釉质的烧蚀机制与CO2激光相比有本质上的区别.如果不喷射水雾,Er离子激光对牙釉质的烧蚀在几个激光脉冲后就会停止;而重新喷射水雾后,高效的激光烧蚀又会继续进行.在多激光脉冲烧蚀过程中,微小的破碎和裂纹在牙釉质的棱线处(Prism)不断地出现.这些破碎和裂缝在烧蚀过程中逐渐汇聚到一起形成了烧蚀坑的前端面.本文的实验结果.对于水吸收激光能量产生微爆炸的Er离子激光牙齿烧蚀机制是一个有力的支持.     

杂质微粒对薄膜的损伤效应

激光对光学薄膜的损伤仍然是限制高能激光系统的主要挑战。对杂质诱导薄膜损伤的激励进行了研究:首先对损伤形貌进行了观测,在此基础上对杂质对薄膜的作用效应进行了分析。研究结果表明:杂质粒子对薄膜产生的各种效应,主要分为热力学效应、散射引起干涉效应和激光等离子体破坏效应,这三种效应的共同作用效果决定了损伤的特点。这些作用效应与粒子的半径密切相关:当粒子较小时,激光的沉积量较少,引起邻近材料的温升较低,扩散范围较小,主要是熔化破坏;当粒子较大时,激光沉积量较多,会引起邻近光学材料的汽化和电离,形成激光等离子体而造成大的烧蚀坑。     

激光辐照远场能流分布估算方法研究

激光与探测器的相互作用，可造成探测器光敏元能流密度超出饱和阈值．在分析了大气对激光传输的影响后，分水平传输和斜程传输2种情况下远场激光能量分布进行了理论估算，并给出了远场激光辐照效果的量化仿真估算．     

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.     

Laser metal interaction in vacuum

We investigate the processes by which energy is exchanged when a laser pulse is incident on a metal surface, originally in vacuum. The thermal state of the metal is determined by numerical solution of the nonlinear heat transfer equations. A method is described for extrapolating data on material thermal properties which are usually given at lower temperatures. Results are compared with the predictions of a steady-state calculation. Kinetic equations describing the growth of a plasma in the ablated vapor are formulated to describe effects of importance in the early stages of the plasma evolution process, when strong longitudinal spatial gradients cause thermal diffusion effects to dominate hydrodynamic expansion. Numerical studies of these equations indicate several distinct periods, during each of which a different physical mechanism takes on primary importance. Features of the numerical results pertaining to the propagation of the discharge front are deduced from an analytic model of the breakdown process.     

高聚物生物芯片材料激光加工性能分析

用准分子激光对高聚物材料进行微加工制作,可以获得比较理想的高聚物基生物芯片。根据对制作生物芯片材料的性能要求,比较了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)对不同波长激光的光波透过率,测量了高聚物材料经准分子激光加工后的微结构,并得出准分子激光对不同材料的刻蚀速率与入射激光能量密度之间的关系。结果表明,PMMA和PC都能够完全吸收KrF准分子激光能量,可以用准分子激光在表面进行微加工制作生物芯片;用PMMA制作出的生物芯片,在使用时对检测结果的质量影响比PC小;对于相同的入射激光能量密度,准分子激光对PMMA的刻蚀率比PC高;由于与准分子激光之间的反应机理不同,PMMA更容易被加工,但是加工后的微结构质量较PC差。     

157nm激光微加工过程中激光参量对刻蚀性能的影响

为了研究157nm激光工艺参量对刻蚀件能的影响,采用157nm深紫外激光对两种宽禁带材料(石英玻璃和蓝宝石)进行微刻蚀试验,得到了理想的工艺参量范围,蓝宝石的刻蚀速率大约是石英玻璃的一半,并且蓝宝石的刻蚀表面要比石英玻璃粗糙得多.随着刻蚀深度的增加,光解生成物的脱出变得困难,从而导致刻蚀速率的降低.选用较高的扫描速率和...     

脉冲激光沉积CMR薄膜靶材温度场的模拟研究

本文采用数值模拟的方法分析了脉冲激光沉积(PLD)薄膜过程中激光烧蚀靶材表面温度场的分布,计算了激光功率密度对温度场的影响和在合适激光功率密度下靶材表面温度场的分布和烧蚀深度,分析结果可为提高PLD制膜的质量提供理论指导。     

激光作用双层材料产生瞬态温度场的数值模拟

从经典热传导方程出发,建立了单个短脉冲激光作用双层材料的二维轴对称物理模型,在考虑材料热物理参数随温度变化的基础上,采用有限元方法模拟了材料的瞬态温度场,得到了激光作用中和作用后铝-玻璃系统的温度时空分布.数值研究结果表明,在激光作用期间,系统表面的温度分布主要取决于作用激光的能量分布特性,并且金属材料的趋肤效应导致系统在厚度方向的温升范围很浅;在激光作用后,系统内部的热量在热传导作用下从高温区移向低温区,并且厚度方向的温升范围随着表面温度降低而不断扩大,但由于铝的热传导系数比玻璃大得多,所以温升主要停留在铝膜层.     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

Mechanism study of porcine skin ablation by nanosecond laser pulsesat 1064, 532, 266, and 213 nm

The ablation mechanism of fresh porcine skin has been studied using nanosecond laser pulses at the wavelengths of 1064, 532, 266, and 213 nm. We have identified the Na spectral line at 589 nm in the secondary radiation from the ablated skin sample as the signature of tissue ablation and measured the ablation probability near ablation threshold. Ablation depth per pulse has been measured by histological examination of ablated skin samples. Review of the ablation probability data through probit analysis indicated that the same mechanism is likely to be operative for tissue ablation at all four wavelengths. Various soft tissue ablation models are discussed, and it is concluded that the ablation of the skin by nanosecond laser pulses from 1064 to 213 nm is a result of electronic impact ionization which leads to the formation of a plasma