飞秒激光加工pr-nd玻璃的共振烧蚀规律研究

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1、万方数据中图分类号UDCTN249621硕士学位论文学校代码密级10533飞秒激光／j口-rPr-Nd玻璃的共振烧蚀规律研究ResearchonResonantAblationRulesofFemtosecondLaserMachiningPr-NdGlass作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：罗志机械工程飞秒激光微纳加工机电工程学院段吉安教授孙小燕副教授答辩委员会主席中南大学二。一四年五月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中

2、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：竖!左日期：丛年』月五日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作

3、者签名：堡!鑫导师签名万方数据飞秒激光加工Pr-Nd玻璃的共振烧蚀规律研究摘要：飞秒激光微纳加工作为一种新兴的高精密加工技术，融合了物理、材料、制造等多个学科，由于多学科交叉的复杂性和加工要求的极端性，完整掌握其烧蚀加工规律是将其推上工业应用的首要条件。本文致力于研究飞秒激光共振烧蚀Pr-Nd玻璃中的变化规律。首先，依据Pr-Nd玻璃中镧系元素镨和钕的独特电子层结构，分析了其跃迁能级和吸收光谱的特性，并发现其在共振波长585nlTl和807nril处具有极强的吸收能力；然后，分析了飞秒激光共振烧蚀Pr-Nd玻璃中束缚电子的电离机制及靶材烧蚀去除的物理过程。其次，搭建了烧蚀加工的光

4、路系统，设计了光束开关的控制系统，并通过VisualBasic软件开发实现了整个激光烧蚀加工系统的自动化控制，极大地简化了烧蚀加工过程的操作。然后，基于以上理论分析和实验平台，在飞秒激光共振烧蚀作用下，研究了Pr-Nd玻璃烧蚀阈值的变化规律。结果表明在烧蚀阈值附近，初始种子电子主要由多光子电离产生，且在585nlTl和807Rill的烧蚀下，多光子共振电离剧烈，烧蚀长度较石英玻璃分别增长了19．8％和6．8％，并对于807nm，烧蚀阈值较石英玻璃降低了12．3％；而对于非共振波长，无此烧蚀阈值规律。最后，针对两种不同重复频率的飞秒激光，研究了Pr-Nd玻璃共振烧蚀效应的变化规律。

5、对于80MHz，由于脉冲间存在能量耦合，使得飞秒激光的烧蚀为热加工，且只有共振波长能实现Pr-Nd玻璃的烧蚀去除；结果还表明，807nrll对应的熔融烧蚀阈值较另一共振波长739IIITI降低了18％，较lkHz冷加工降低了两个数量级。对于1kHz，研究了靶材共振烧蚀效率的变化规律，结果表明，共振烧蚀效率受入射激光光强的影响很大。对于807nm波长，当光强小于0．556x1014w／cm2时(多光子电离占主导)，共振烧蚀效率显著，且对于807nlTl，共振烧蚀效率最大提高了45．22％；当光强大于0．556x1014w／cm2时(隧道电离占主导)，共振烧蚀效率基本消失。图42幅，

6、表13个，参考文献69篇关键词：飞秒激光；非线性共振吸收；多光子共振电离：烧蚀阈值；烧蚀效率分类号：TN249Il万方数据ResearchonResonantAblationRulesofFemtosecondLaserMachiningPr-NdGlassAbstract：Asoneofthenovelprocessingtechnologieswithhighprecision，femtosecondlasermicro／nano-processingreferstomanydisciplinessuchasphysics，materialogy，fabricationand

7、SOon．Andbecauseofthecomplexityofinterdisciplineandtheextremismofprocessingrequirement，completeacquirementtheablationrulesoffemtosecondlaseristhepriorityofpromotingittoindustrialapplication．ThisPaDerisdevotedtothestudyofresonantablationrulesof