纳秒脉冲激光诱导的金属膜喷发的分布特征

大功率纳秒脉冲激光辐照金属膜层时会发生热力损伤，产生的高温和高压会引起金属膜层的热蒸发，从而向外喷射颗粒，大多数喷射粒子处于原子和离子状态。在能量色散光谱分析测试中，文中使用多组标准样品进行比较实验，校准测试结果，并给出了一种根据结果计算沉积原子数的估计方法。此外，在此基础上比较了不同真空度的真空环境和大气环境下铝膜喷发的差异，并且对比了不同熔点的金属膜的喷发及空间分布特征。通过结合泵探测技术捕获的瞬态图像，进一步分析和解释了实验结果。     

纳秒激光诱导铜箔喷射机制的研究

使用纳秒Nd:YAG脉冲激光进行了微米厚铜箔的激光诱导喷射机制研究。通过控制激光脉冲能量10~500 J，揭示了三种不同的喷射现象:无喷射、稳定喷射和溅射。在稳定喷射模式中，发现了由单一脉冲同时引发的向前和向后喷射现象，可同时在接收层与靶材层方向制备出微细结构。用有限元方法对激光辐照产生的温度场和铜箔相变进行了计算，揭示了纳秒激光诱导喷射主要是由气相膨胀所带动的流体动力学所引起，并界定了发生稳定喷射所需的激光能量阈值。采用Rayleigh-Plesset方程对激光诱导的汽泡动力学进行了计算，分析认为汽泡的迅速扩张和收缩，是分别引起向前和向后喷射的主要原因。根据实验和仿真结果，提出了通过控制激光参数实现稳定喷射的方法。     

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。     

纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

纳秒光纤激光诱导等离子体沉积铜的研究

为了实现玻璃表面的金属化，运用激光诱导等离子体沉积技术，选用廉价易维护且波长为1064nm的红外纳秒光纤激光和T2铜靶材，在透明材料普通硅酸盐玻璃表面直接沉积出了金属铜，并对其进行了光学显微镜和扫描电镜表征。结果表明，在一定的激光能量密度范围内（沉积阈值能量密度12.50J/cm2~激光器所能达到的最大能量密度27.13J/cm2），随着激光能量密度的增加，沉积在玻璃表面的铜颗粒数量增加；而在激光能量密度一定（27.13J/cm2）的条件下，若保持激光光斑的横向和纵向搭接率一致，当光斑搭接率不小于50%时，由于玻璃对激光的强烈吸收，导致铜沉积失败；当光斑搭接率在-20%~50%变化时，沉积在玻璃表面的铜颗粒数量呈现先增加后减小的变化趋势。激光诱导等离子体沉积技术是一种可实现透明衬底材料表面金属化的便捷技术。     

纳秒激光抛光表面的波纹形成机理

为探究激光抛光中引入的波纹的形成原因,通过纳秒光纤激光对718合金和304不锈钢进行了激光抛光,考察激光抛光导致的波纹效应.结果 表明:激光抛光产生的波纹(尺度为数十微米)与激光脉冲作用间距(10 μm)差别较大;不同激光能量产生的波纹在幅度上有差别,波纹的振幅随激光能量的减小而减小;波纹波长随激光能量的变化不大,具有...     

基于环形光路纳秒激光脉冲展宽技术研究

从理论上分析了影响激光脉冲宽度的因素,建立了脉冲展宽与各影响因素之间的数学模型。通过 Matlab 软件模拟分析了不同因素对脉冲展宽的影响,分析得出在一定条件下,脉冲展宽效果最佳时分束镜反射率 R ＝0.38,光学腔长 L ＝940 cm。对 Nd ∶YAG 脉冲激光器纳秒激光进行了脉冲展宽实验,测试了脉冲宽度随着泵浦电压的变化情况。选取了泵浦电压为730 V,分束镜 R 为0.38,在初始脉宽为37 ns 的条件下通过改变腔长将激光脉冲分别展宽到37.5 ns,42 ns 和55 ns,实验数据与理论分析的误差分别0.98％,0.74％和2.1％。实验数据分析验证了建立的数学模型是可行的。     

纳秒脉冲激光处理后硅电池光电转换效率研究

为了研究纳秒激光于硅晶片改性的可能性,对飞秒及皮秒激光在SF6气体中与硅表面作用形成锥形微观结构及其作用过程进行了分析。通过在SF6气体氛围中采用6ns激光脉冲辐照硅片表面的方法,以获得硅片表面峰状结构,并对此种作用下微观结构形成过程及结果进行了分析。将激光处理后的硅片与未经激光处理的硅片同时放入到硅电池片生产线的适当工序中制成硅电池片,通过对比测试两种硅电池的光电转换效率,从硅表面状况等因素对实验结果进行了初步分析。结果表明,激光处理后的硅片制成硅电池片的光电转换效率与未经激光处理的相比有一定程度的提高,可达15%～25%。     

纳秒激光在硅表面微结构加工及其荧光效应

本文自主研发设计了一套基于纳秒脉冲激光的加工系统,包括了控制单元、上位机图形软件、机械结构和光路系统。利用此系统,在单晶硅表面进行了微结构图形的加工实验,得到了较好的加工效果。借助卤素灯照明的显微镜和荧光显微镜对结果进行了进一步的观察分析,发现利用荧光显微镜进行观察,加工后的区域在特定波长照明光的照射下激发出荧光,可以清楚的看到加工结构的内部信息,边缘特征。说明纳秒脉冲激光可以改变硅材料表面的光学属性,这对进一步研究激光和硅材料的相互作用打下了一定的基础。     

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

为了寻求激光加工的最佳工艺参量,采用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面加工微细结构,分析脉冲能量、激光扫描次数、脉宽、扫描速率、扫描间距对热解碳消熔规律的影响。根据热解碳的消熔规律构建了3种微结构模型;根据经典超疏水Cassie理论,分析了热解碳表面发生超疏水的条件,计算出在单位面积上,经硅烷化的热解碳表面微结构占总面积的百分数小于20%,表面就可产生超疏水性。以表面接触角值为实验指标,采用正交实验法优化出了激光诱导热解碳表面周期性结构的最佳实验方案,设计了6组实验参量,成功地在热解碳表面构建了凹坑阵列、平行光栅、乳突阵列微结构。结果表明,6种微结构表面硅烷化后都具备超疏水性。这对制备具有抗凝血性的人工心脏瓣膜表面具有很大帮助。     

不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究

为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程,采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式,进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究,并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌;根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类,对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明,组合脉冲激光的损伤效应更为严重,包括解理裂纹、烧蚀和皱褶,表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度,而熔融深度随延迟时间的增加而减小;毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用,使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。     

FT-CCD的纳秒脉冲激光毁伤效应

用1 064 nm波长8 ns脉宽激光，以1-on-1模式辐照在评估板驱动工作下的FT50M型FT-CCD图像传感器进行实验。结果显示，随着脉冲能量密度的逐渐提高，在FT-CCD输出图像中依次出现辐照点单侧黑线、白点、两侧白线等典型毁伤现象。这区别于IT-CCD在脉冲激光辐照下依次出现白点、白线的毁伤过程。通过对比FT-CCD与IT-CCD的结构异同，结合已知的IT-CCD的毁伤机制，分析认为单侧黑线毁伤现象的首先出现表明了FT-CCD多晶硅电极先于硅衬底受损的激光毁伤模式。文中丰富了对CCD图像传感器激光毁伤效应的认识，为深入探索CCD激光毁伤机制提供了新的线索。     

音膜激光辐照的表面完整性及声学特性研究

为解决高分子聚酯材料的音膜在使用过程中存在中频失真、发声性能有缺陷等问题,针对音膜在发声器件中的作用和特点,提出了一种新型高分子音膜材料激光改性工艺。采用不同功率,固定波长为975 nm的半导体连续激光辐照音膜表面,在保证其表面完整性的情况下获得不同的改性效果。结果表明,经激光辐照后,音膜试样材料表面完好,无破损、变形;音膜表面粗糙度降低,有利于提高音膜振动的一致性和均匀性;音膜失真、谐振频率等声学性能得以改善,产品的发声品质显著提高。试验所得结果对于当前采用高分子聚酯材料作为音膜的发声器件快速、高效地提升市场竞争力有着重要意义。     

脉冲激光轰击固体表面产生的等离子体的实验研究

本文对Nd:YAG脉冲激光在大气中轰击块状YBaCuO超导材料产生的等离子体进行了研究。首先,用光纤采集等离子体的辐射,由一台OSA接收并识别。然后利用光纤及单色仪跟踪发光粒子,得到了粒子的发光强度随垂直靶面距离的变化。测得了各种发光粒子在不同位置处的发光强度-飞行时间波形,并对实验结果进行了分析。     

金属粒子诱导玻璃体损伤的研究

对激光诱导K9玻璃体损伤进行了观察,发现在激光传输路径上出现大量微空洞,其直径由200 μm到几个μm不等.本文基于金属粒子吸收激光产生的热力学过程,研究了造成损伤点的粒子效应,研究发现:温升随着粒子尺寸的增加呈现先增加后减小的变化规律,存在一个温度极限值.温升的不同会造成不同范围的熔化、气化甚至电离,激光等离子体的膨胀会使相变混合物向外膨胀,从而造成不同尺寸的空洞.