飞秒激光烧蚀动力学-双温方程的应用

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1、飞秒激光烧蚀动力学-双温方程的应用摘要研究了双面抛光氧化镁单晶（111）表面800nm飞秒激光单脉冲烧蚀阈值和激光脉宽的依赖关系。利用泵浦-探针技术，测量不同能量和脉宽作用下飞秒激光烧蚀的时间分辨反射率的演化.通过扫描电镜观察其烧蚀形貌，发现大量的沿氧化镁［100］晶向开裂的裂纹•讨论了表面裂纹的形成机理，并解释了飞秒激光烧蚀氧化镁的超快动力学过程。Thetitle(居中三号TimesNewRoman加黑)ABSTRACTSingle-shotlaserdamageofpolishedMgO(111)surfacesinducedby800nmpulsesat

2、differentlaserpulsedurationwasstudiedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andtime-resolvedmeasurementsofreflectivity.SEMobservationsafterlaserirradiationindicatedthatsubstantialsurfacefracturedominatedoverrapidvaporization.Thelinearrelationshipbetweentheablationareaandthelogarithmofthep

3、ulseenergyprovidedthesingle-shotablationthreshold.Thepump-probetechniquewasusedtoinvestigatef没有翻译完］…Keywords:Thelaserpulseseconds;ablation;magnesia;dynamics正文飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续吋间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10的负15次方秒，也就是1/1000万亿秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍。这是飞秒激光的第一个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿

4、瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对英周围电子的作用力还要高数倍。近年来，激光与透明介质材料的相互作用得到了广泛的研究-51.飞秒激光大大缩短了激光和材料相互作用的时间尺度,使飞秒激光在基础研究和微加工等方面表现出其优越性3.在飞秒激光作用下，材料发生超快非热熔化和相变⑺，或者发生库仑爆炸*〜心使材料飞出表面发生烧蚀.在飞秒激光作用下，材料通过非线性吸收激光能量，激发出导带电子，形成高密度等离子体.研究载流子的激发和驰豫等超快动力学过程对激光烧蚀机理的认识有非常重要的意

5、义山心.单晶氧化镁具有纯度高、化学性质稳定、以及可见光透过率大等特性，可作为高温超导器件生长基片，高温高准确度光学材料，半导体材料的衬底等，在高低温超导体，激光器，以及航天航空领域有广阔的发展前景IB.14J.本文报道了单晶氧化镁在不同脉宽和脉冲能量激光照射下的烧蚀和破坏.利用扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)观察其烧蚀形貌;利用泵浦2探测(pump2probe)技术，测量其时间分辨反射率的演化，以探讨其烧蚀机理及超快载流子动力学过程.1实验方法实验采用钛蓝宝石激光器，输出波反为&)0nm,脉宽为5()fs.通过调节压缩器

6、可以改变激光器输出脉宽(40〜968fs)•激光透过半波片，并由偏振片反射,旋转半波片可以连续改变脉冲能量输出.线偏振高斯脉冲经凸透镜150mm)聚焦后垂直照射到材料的前表面.材料置于二维靶架上，随靶架移动，使得每个激光脉冲作用到样品的新位置上.氧化镁样品为10X10X1mm的方片，双而抛光，表面粗糙度小于10nm.利用扫描电镜对烧蚀斑进行观察和测量•泵浦2探针实验装置(80()nm激光为泵浦光,40()nm激光为探测光)如图1.以钛蓝宝石激光器作为光源,光束经BBO晶体后产生倍频光，经分光镜(T)分成两束:一束为800nm泵浦光，另一朿为400nm探测光.泵

7、浦光的能量通过旋转格兰棱镜(GianPrism)进行调节.在泵浦光光路上，通过插入玻璃棒(ZF6)对脉宽进行展宽，得到约500fs的泵浦光.泵浦光经过延迟线(DL),由透镜(L,f=300mm)聚焦后和探测光经同一光路照射到样品表面(入射角约为10°).探测光经另一透镜(/=300mm)聚焦到样品表面，其能量远小于样品的破坏阈值.经样品表血的反射光通过棱镜(PS)分光丿匸，由能量计(Energymeter,测量准确度至nJ量极)测量探测光的能量，最后由数据自动采集系统(ADCS)记录下探测光相刈强度随延迟时间的演化.2实验结果2.1烧蚀形貌800nm飞秒激光单

8、脉冲照射下氧化镁单晶(111)表面烧蚀