离焦量对空气中纳秒激光打孔效率的影响

用波长1.06μm,脉冲半峰全宽(FWHM)约10 ns的Nd∶YAG激光照射在薄铜靶上,研究了打孔效率同离焦量之间的关系。实验中脉冲能量分别为26 mJ,52 mJ,85 mJ,204 mJ和274 mJ,在各脉冲能量下,改变离焦量,测出相应的打孔效率。结果表明,离焦量是影响打孔效率的重要因素;实际打孔过程中,采用较低的激光功率密度和 3~ 4 mm的离焦量是合理的选择。当离焦量d<0时,打孔效率主要由激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽两个物理机制决定;当离焦量d>0时,打孔效率是激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽和焦斑处空气等离子体辐射的促吸收效应共同作用的结果。     

Laser ablation of SiO2 for locally contacted Si solar cells with ultra‐short pulses

We apply ultra‐short pulse laser ablation to create local contact openings in thermally grown passivating SiO₂ layers. This technique can be used for locally contacting oxide passivated Si solar cells. We use an industrially feasible laser with a pulse duration of τ_pulse ∼ 10 ps. The specific contact resistance that we reach with evaporated aluminium on a 100 Ω/sq and P‐diffused emitter is in the range of 0·3–1 mΩ cm². Ultra‐short pulse laser ablation is sufficiently damage free to abandon wet chemical etching after ablation. We measure an emitter saturation current density of J_0e = (6·2 ± 1·6) × 10⁻¹³ A/cm² on the laser‐treated areas after a selective emitter diffusion with R_sheet ∼ 20 Ω/sq into the ablated area; a value that is as low as that of reference samples that have the SiO₂ layer removed by HF‐etching. Thus, laser ablation of dielectrics with pulse durations of about 10 ps is well suited to fabricate high‐efficiency Si solar cells. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Selective laser ablation of SiNx layers on textured surfaces for low temperature front side metallizations

For an alternative front side metallization process without screen printing of metal paste the selective opening of the front surface anti‐reflection coating could be realized by laser ablation. A successful implementation of this scheme requires direct absorption of the laser light within the anti‐reflection coating, since the emitter underneath must not be damaged severely. Additionally, the ablation must be feasible on textured surfaces. In this paper, we show that laser light with a wavelength of 355 nm and a pulse length of approximately 30 ns is absorbed directly by a typical silicon nitride anti‐reflection coating. Based on lifetime measurements on ablated samples it is shown that a damage free laser ablation of SiN_x layers on planar surfaces is possible. The characteristic ablation structure on textured surfaces is explained and quantified by rigorous coupled wave analysis (RCWA) simulations. Finally, high efficiency solar cells with a standard emitter (R_sh approx. 50 Ω/sq) have been processed using laser ablation of the silicon nitride anti‐reflection coating. These cells show efficiencies of up to 19·1%, comparable to the reference solar cells using photolithographically opened contact areas. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

激光脉冲频率对纳米Si晶薄膜形貌的影响

在气压为10 Pa的惰性气体Ar环境下,采用XeCl准分子激光器(波长308 nm),调整激光单脉冲能量密度为4 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在玻璃或Si衬底上沉积制备了纳米Si晶薄膜。实验中靶和衬底间距离保持为3 cm,对衬底既没有加温也没有冷却。拉曼(Raman)谱测量结果表明,所制备的薄膜中已有纳米Si晶粒形成。保持脉冲总数不变,分别取激光脉冲频率为1 Hz,3 Hz,10 Hz和20 Hz,相应沉积时间约为10 min,3.3 min,1 min和0.5 min,采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得样品的表面形貌,不同脉冲频率下的结果比较显示,脉冲频率越大,制备的纳米Si晶薄膜的平均晶粒尺寸就越小,晶粒尺寸分布也越均匀。沉积动力学过程的非线性是导致实验出现该结果的原因。     

低真空中脉冲激光烧蚀凹腔的实验分析

在低真空条件下,利用Nd:YAG激光器产生的波长532nm、脉宽4.4ns的脉冲激光聚焦在置于低真空中的于钢铁样品,分析了激光作用后形成的凹腔形貌与激光能量密度、脉冲个数的关系。结果显示,凹腔的直径和深度随激光能量密度及脉冲个数的增大而增加,并且在能量密度小于20GW/cm~2及脉冲个数小于100的情况下凹腔的直径和深度增幅更为明显,反之,其增加趋势变缓。     

激光烧蚀坑阵列微结构对7075-T6粘接强度的影响

为了研究脉冲能量和烧蚀坑重叠率对7075-T6铝基板粘接强度影响, 采用纳秒光纤脉冲激光在粘接区域加工烧蚀坑阵列微结构, 通过表面形貌、剪切强度和断裂模式等实验参量对粘接效果进行了分析。结果表明, 脉冲能量对表面形貌、剪切强度及断裂模式几乎无影响; 随着烧蚀坑重叠率的增加, 表面粗糙度先增加后减小, 表面面积增加比一直增加; 与原始材料相比, 激光处理后剪切强度至少提升150%;当烧蚀坑重叠率为30%时, 粘接区域发生内聚断裂的面积最大, 剪切强度提升最明显; 脉冲能量为880μJ、烧蚀坑重叠率为30%时, 剪切强度为27.76MPa, 提升最大。该研究对激光烧蚀提高7075-T6粘接强度是有帮助的。     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

激光二极管双端抽运声光调Q高重复频率Nd:GdVO4激光器

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd∶GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd∶GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出;在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。     

脉冲频率和单脉冲能量对准分子激光消蚀人尸正常主动脉的影响

设定激光照射能量，分别改变脉冲频率和单脉冲能量，用ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）准分子激光消蚀人尸正常主动脉。光镜下观察消蚀坑的组织形态学变化并测量消蚀坑深度，研究脉冲频率和单脉冲能量对消蚀过程的影响。     

高重复率窄脉宽Nd:YVO4板条激光器

部分端面抽运的混合腔板条激光器是一种新型的全固态激光器,采用这种结构,实现了高重复率调Q运转.在脉冲抽运情况下,1 kHz运转时,得到脉宽4.6 ns,单脉冲能量4.5 mJ的激光输出.在连续抽运调Q输出情况下,5 kHz高重复率运转时,获得了脉宽6 ns,单脉冲能量3.1 mJ的脉冲序列输出,平均功率超过15 W;当重复率高达25 kHz时,得到脉宽9.5 ns,单脉冲能量1.2 mJ的激光输出,平均功率达30 W.实验结果表明,输出水平还有很大的提升空间.     

二极管泵浦Nd:GdVO_4晶体四波长激光器

采用简单的两镜腔二极管泵浦Nd:GdVO4晶体产生1063nm和1342nm近红外双波长调Q激光振荡.用KTP晶体和钽酸锂光学超晶格材料分别对1063nm和1342nm激光进行倍频,在泵浦功率为14W、声光开关重复频率15kHz时,同时获得1063nm和1342nm剩余基波功率为587mW和1.13W、相应的二次谐波绿光功率703mW和红光功率328mW的四波长激光输出,脉宽分别为23ns、55ns、18ns和43ns.     

激光气化生物组织的试验研究

激光气化生物组织是激光医学应用中的重要方面。探索激光参数对气化效率的影响是激光生物医学的重要研究内容。本文实验研究了532nm、1064nm和1320nm脉冲激光气化离体猪肝脏组织的试验效应,对比三种激光在不同频率、不同脉宽下的气化深度和热损伤深度,结果表明:在气化含血组织中,脉冲532nm脉冲激光的气化效率最高,热损伤区域最小。     

长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究

为了获得聚晶立方氮化硼（PCBN）最优的激光切割质量和切割效率,依据烧蚀直径和入射激光脉冲能量的函数关系,得出PCBN烧蚀阈值为1.796J/cm2。采用Nd:YAG激光器对型号为BN250的PCBN进行切割试验,分析了切割速率、激光功率以及脉冲频率对切割质量的影响规律。通过切缝的显微观测对比,总结出不同激光工艺参量下PCBN缝宽的变化趋势。结果表明,对于脉宽为100μs的激光,当激光功率为28W、脉冲频率为60Hz、切割速率为20mm/min时,能够获得PCBN激光切割的最优切缝和较高的切割效率。该工艺方法和数据的建立,对今后PCBN或其它超硬材料的激光加工有着重要参考价值。     

多脉冲飞秒激光烧蚀铝靶动态特性研究

利用时间分辨阴影图研究了脉冲能量在200微焦的多脉冲飞 秒激光烧蚀铝靶的动态过程、并使用 扫描电镜研究了靶材表面烧蚀区域的形貌特征。时间分辨阴影图的记录结果表明,在不同时 间延迟条件 下,飞秒激光烧蚀铝靶形成的冲击波体积和喷射物的空间分布均随着脉冲个数的增加而发生 不同程度的变 化,尤其是单脉冲烧蚀情况下在1ns延时阴影图中观察到的近同心圆条纹会随着脉冲数目增 加逐渐变得模 糊乃至消失。烧蚀区的电子扫描显微镜图像清楚地揭示出烧蚀过程中伴随有液态铝的产生, 其溅射凝固后 在靶材表面形成小球和细丝状微纳结构。实验结果进一步证实了由前序脉冲烧蚀导致的铝靶 表面结构的改 变会对后继脉冲的烧蚀产生显著影响,从而使多脉冲烧蚀表现出明显不同于单脉冲烧蚀的特 性。这些结果 对飞秒激光脉冲沉积薄膜、直写生成表面微结构等应用的工艺参数优化具有很好的指导意义 。     

V3+:YAG被动调Q 1.319 μm全固态激光器

V^3 ：YAG是一种新型的饱和吸收体，利用激光二极管(LD)抽运激光工作物质Nd：YAG，V^3 ：YAG被动调Q，成功地实现了1．319μm全同态激光器的脉冲运转。在1．6W的抽运功率条件下，使用小信号透过率为89％和96％的V^3 ：YAG时，分别获得平均输出功率93mw和192mw，最小脉冲宽度(FWHM)7．9ns和9．2ns，重复频率8．4kHz和27．8kHz，峰值功率大于1．4kW和750W，脉冲能量11μJ和6．9μJ的1．319pm脉冲激光输出，利用示波器的统计功能，测量了脉冲能量和重复频率的稳定度，结果表明4h稳定度均优于5％。     

脉冲激光器种子注入状态检测装置与实验研究

为了解决非注入状态激光脉冲对非相干多普勒激光雷达测风结果可靠性的影响,利用注入与非注入状态激光脉冲建立时间不同的原理,设计和实现了一种脉冲激光种子注入状态检测器,其时间测量精度为45ps,测量时间范围为3.5ns~2500ns,最高脉冲重复频率为1kHz。利用该检测器对某型号Nd:YAG脉冲激光器进行了种子注入状态检测实验,结果显示注入(非注入)状态脉冲建立平均时间为123.27ns(134.44ns),1.35h内非注入状态激光脉冲占总激光脉冲比例为8.54%。结果表明,该脉冲激光种子注入状态检测器能够有效地检测出非注入状态的激光脉冲,对于提高激光雷达测风可靠性具有潜在的价值。     

1J倍频Nd：YAG激光器

报道了倍频Nd:YAG固体激光器的研究结果,激光器系统由一级板条Nd:YAG激光振荡器、三级板条放大器和KTP倍频晶体等构成,输出倍频激光能量大于1J,脉冲重复频率1Hz,脉冲宽带6ns～9ns,倍频效率约为48%。     

高平均功率高重复率固态双Nd:YVO4基模激光器

报道了采用国产大功率光纤束模块双端泵浦双Nd：YVO4激光晶体和声光调Q技术,实现了高平均功率、高重复频率的1064nm激光输出。通过降低Nd：YVO4激光晶体的掺杂浓度,采用双端泵浦双晶体,在晶体热效应允许的范围内最大限度地利用了泵浦光的能量,通过腔内插入声光调Q器件,在晶体注入总功率为50W的情况下,得到了24W的TEM00模连续波1064nm激光输出。最高重复频率为50kHz时,平均输出功率为22．9W,脉冲宽度为38ns,相应的光-光转换效率为45．8％;在重复频率为10kHz时,具有最大单脉冲能量1．55mJ,相应的脉冲宽度为15ns,峰值功率达到了103kW。     

激光二极管抽运的自拉曼Nd∶YVO_4激光器

研究了激光二极管(LD)抽运的自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器的特性。Nd∶YVO4晶体同时作为激光介质和拉曼晶体,通过声光调Q技术,产生了1176 nm的拉曼激光。测量了平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量随抽运功率和脉冲重复率的变化。典型的1064 nm基频光和1176 nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为26.3 ns和9.0 ns。在脉冲重复率为20 kHz,抽运功率为8.46 W时,产生了平均功率为0.384 W的1176 nm光的输出,光-光转换效率为4.54%。使用速率方程对自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器特性进行了理论研究,把脉冲重复率为10 kHz,20 kHz,30 kHz时拉曼光单脉冲能量和脉冲宽度的实验值与理论值进行了比较,结果基本相符。     

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。