發(fā)布時間：2021-10-29 11:14

　　隨著微細制造技術(shù)的快速發(fā)展,具有特定表面微納結(jié)構(gòu)的功能器件的高效制備逐漸成為人們研究的熱點。由于飛秒激光具有極高的峰值功率和超快作用時間,通過簡單的激光輻照方法,可以在任何材料表面上制備出亞微米級周期表面結(jié)構(gòu),在光子學、等離子體學、光電子學、熱輻射源和生物光學等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,針對飛秒激光誘導表面周期性條紋結(jié)構(gòu)的形成及演化機制進行研究具有重要的科學意義和應(yīng)用價值。為了揭示了硅表面LIPSS條紋結(jié)構(gòu)形成及演化的內(nèi)在機制,本文從激光與物質(zhì)相互作用的角度出發(fā),根據(jù)電離速率方程、麥克斯韋方程研究了飛秒激光作用下硅表面自由電子的產(chǎn)生機制、時空分布規(guī)律及其演化機制,獲得了激光輻照表面等離子體的運動規(guī)律以及其入射激光能量分布的影響。然后根據(jù)固體物理、量子力學的相關(guān)理論,綜合考慮了激光與物質(zhì)相互作用過程中的相關(guān)電離機制以及電子-晶格弛豫過程,根據(jù)電離速率方程、雙溫模型、Drude模型及等離子體激元對入射激光能量分布的影響,對飛秒激光輻照單晶硅的超快作用過程進行分析,建立了飛秒激光輻照單晶硅制備表面周期性微納條紋結(jié)構(gòu)的仿真模型。通過仿真研究了能量耦合過程中靶材的瞬時熱物性參數(shù),例如電聲耦合... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

表面散射波與入射激光發(fā)生干涉形成干涉條紋1977年，Isenor[10]

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文以產(chǎn)生復雜的電場分布，從而驅(qū)動局域等離子體振蕩。這些振蕩將在更強的熱量，其對材料表面的侵蝕導致條紋結(jié)構(gòu)的“溝壑”形成。Sipe[11]等人將激光誘導結(jié)構(gòu)的每個傅里葉分量與相應(yīng)的薄膜表面下能傅里葉分量聯(lián)系起來，討論了產(chǎn)生的電磁場結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及其與周期性的簡單”表面散射波”模型的關(guān)系，建立了激光制備出表面周期性微構(gòu)的理論。理論表明了材料表面粗糙度（限制在一個高度遠小于激光域）引起的表面散射波與入射激光相互干涉導致能量周期性沉積，進稱性破壞的原因。1998 年，Varel[13]等人使用質(zhì)譜法研究了飛秒激光燒蝕藍寶石時正離子速度分布。實驗過程中使用飛秒激光輻照藍寶石表面，在燒蝕區(qū)域的到了空間周期為 790nm 的 LIPSS 條紋結(jié)構(gòu)，這是研究者第一次使用飛導出亞波長條紋結(jié)構(gòu)，如圖 1-2 所示。

的形成機制是表面等離子體激元(SPP)與而后在靶材表面形成周期性沉積的結(jié)果。光耦合起著至關(guān)重要的作用。他們提出了表面介電常數(shù)、電子濃度和電子碰撞時間真驗證了該方法的有效性，該方法對超短離機理具有重要意義。秒激光誘導的 LIPSS 進行了較為系統(tǒng)的研光脈沖序列（如圖 1-4 所示）誘導形成表激光時間整形的子脈沖延時接近光學聲子發(fā)光學聲子振蕩主導下的超快相變并獲得傳統(tǒng)相變（聲學聲子主導）。時間脈沖整晶格耦合的特征時間尺度，從而控制飛秒激光時空整形所產(chǎn)生的特殊物理效應(yīng)/作用高表面微納結(jié)構(gòu)加工精度和質(zhì)量。他們課延時可在銅表面可獲得質(zhì)量更好的周期性

【參考文獻】：
期刊論文
[1]超親水/水下超疏油膜的制備及油水分離性能[J]. 曹思靜,潘子鶴,杜志平,程芳琴.  化工進展. 2018(10)
[2]飛秒激光誘導周期性表面結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[J]. 劉樹青,胡潔,趙夢嬌.  科學通報. 2016(14)
[3]飛秒激光微通道加工研究進展[J]. 蔡海龍,閆雪亮,王素梅,夏博,劉鵬軍,姜瀾.  北京理工大學學報. 2012(10)

博士論文
[1]金屬—電介質(zhì)—金屬微納結(jié)構(gòu)吸收與透射增強研究[D]. 王偉.浙江大學 2017
[2]飛秒激光誘導硅表面微納結(jié)構(gòu)幾何形貌調(diào)控實驗研究[D]. 紀煦.北京理工大學 2015
[3]飛秒激光誘導硅表面微納結(jié)構(gòu)研究[D]. 楊明.南開大學 2014

碩士論文
[1]表面功能性微納復合結(jié)構(gòu)的飛秒激光加工[D]. 譚旭東.北京理工大學 2016



本文編號：3464549