本文關(guān)鍵詞：短脈沖激光燒蝕理論及楔條形陽(yáng)極加工方法研究

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【摘要】：短脈沖激光有著脈沖寬度較窄、能量密度高、加工效率高、熱影響區(qū)小的特點(diǎn),在微納加工、微電子學(xué)、測(cè)量系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)和航天科技等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是,短脈沖激光微加工技術(shù)的原理還未被完全認(rèn)知。本文深入研究了短脈沖激光燒蝕理論,并研究了楔條形陽(yáng)極的加工檢測(cè)方法,為提高楔條形陽(yáng)極光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器性能提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。具體的研究?jī)?nèi)容和研究方法為:1、利用加權(quán)余量的迦遼金方法導(dǎo)出了雙溫?zé)醾鲗?dǎo)微分方程組的等效積分公式;使用格林公式,推導(dǎo)出雙溫?zé)醾鲗?dǎo)方程組的等效積分的“弱形式”;采用直接積分的方法,得到求解雙溫有限元模型所需時(shí)間步長(zhǎng)、網(wǎng)格密度等參數(shù);根據(jù)短脈沖激光去除材料的基本理論,分析了飛秒激光燒蝕鋁膜的相變區(qū)域。2、將Drude理論加入到雙溫模型中,準(zhǔn)確地描述了激光燒蝕材料過(guò)程中表面的反射率系數(shù)和熱吸收系數(shù)的變化;利用相變過(guò)程中材料內(nèi)部焓的變化,優(yōu)化了雙溫模型;研究了低能量密度皮秒激光輻照鋁膜的熱彈性力學(xué)模型;分析了鋁膜內(nèi)部的形變及熱應(yīng)力的變化,驗(yàn)證了熱彈性波的存在及電子的熱爆發(fā)力對(duì)彈性波的推進(jìn)作用。3、為研究鋁膜受短脈沖激光作用的能量傳輸過(guò)程,建立了一維半經(jīng)典雙溫?zé)醾鲗?dǎo)有限元模型,得到晶格溫度隨時(shí)間分布的規(guī)律;根據(jù)自由電子氣理論優(yōu)化了模型,得到鋁膜表面反射率和熱吸收系數(shù)隨時(shí)間分布圖;描繪了激光輻照所產(chǎn)生熱電場(chǎng)和電子漂移運(yùn)動(dòng)速度分布規(guī)律,證明激光作用產(chǎn)生的熱電場(chǎng)是電子漂移運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)因素;定義了過(guò)熱加熱區(qū),得到激光燒蝕深度隨時(shí)間變化關(guān)系,單脈沖激光燒蝕深度與實(shí)驗(yàn)相符。4、對(duì)石英襯底上微米量級(jí)厚度的鋁膜進(jìn)行了燒蝕,研究了光斑重疊率對(duì)燒蝕圖形以及重復(fù)加工次數(shù)對(duì)加工精度的影響;為提高加工精度和驗(yàn)證所求燒蝕率的準(zhǔn)確性,提出重復(fù)多次加工的方法;對(duì)比了高斯線性法與高斯線性修正法的求解燒蝕率的結(jié)果,證明了高斯線性修正法在掃描激光精細(xì)加工方面的優(yōu)越性。利用高斯線性修正法求得的燒蝕效率,模擬了激光在不同光斑重疊率下燒蝕微槽的三維輪廓圖。5、通過(guò)對(duì)激光旋轉(zhuǎn)參數(shù)以及平臺(tái)移動(dòng)參數(shù)的理論分析,得到加工楔條形陽(yáng)極絕緣溝槽所需參數(shù);使用離焦加工的方法,加工出高質(zhì)量的楔條形位敏陽(yáng)極,進(jìn)行了電荷直接收集法和感應(yīng)電荷讀出方式成像實(shí)驗(yàn);使用有限元計(jì)算的方法得到陽(yáng)極的每個(gè)導(dǎo)電電極的感應(yīng)電荷量,計(jì)算了直徑為65 mm的楔條形陽(yáng)極的在電荷云半徑為4 mm下的位置解碼公式和邊緣非線性效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN249

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3 高勛;郭凱敏;宋曉偉;譚勇;厲寶增;李海軍;林景全;;激光燒蝕鐵靶的等離子體特性[J];中國(guó)激光;2010年03期

4 王廣安;章玉珠;陸建;倪曉武;;強(qiáng)脈沖激光燒蝕鋁靶深度歷史的蒸發(fā)凝結(jié)法模擬[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

5 顧英俊，，付正文，方爾梯，黃正宇，張誼華，滕玉美，曾憲康;激光燒蝕金屬Al產(chǎn)生電子和離子發(fā)射的研究[J];應(yīng)用激光;1996年02期

6 李三偉,馮杰,繆文勇,丁永坤,王耀梅,于燕寧;鋁靶三倍頻激光燒蝕參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1998年07期

7 沈瑞琪,葉迎華,戴實(shí)之;脈沖Nd:YAG激光燒蝕石墨的反應(yīng)性光聲譜研究[J];中國(guó)激光;1998年05期

8 李靜;鄭軼;羅晉;陳松林;關(guān)振威;梁璐;;航空復(fù)合涂層材料的激光燒蝕效應(yīng)[J];強(qiáng)激光與粒子束;2014年02期

9 張新宇,湯慶樂(lè),張智,裴先登;提高抗激光燒蝕能力的表面尖形微結(jié)構(gòu)器件[J];微細(xì)加工技術(shù);2001年02期

10 ;激光燒蝕單個(gè)癌細(xì)胞[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2008年08期

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1 韓美;胡凈宇;;激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展[A];第七屆(2009)中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（下）[C];2009年

2 王立君;趙伊君;漆海濱;周輝;劉澤金;陳雨生;劉晶儒;趙學(xué)慶;謝永杰;;復(fù)合材料的強(qiáng)激光燒蝕研究概述[A];第9屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1998年

3 楊家敏;丁耀南;楊國(guó)洪;張保漢;江少恩;張文海;王耀梅;鄭志堅(jiān);;0．351μm激光燒蝕鋁特性實(shí)驗(yàn)[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2000）[C];2000年

4 南寶江;張鋼錘;吳平;馬喜梅;平麗;張曉衛(wèi);;含能工質(zhì)激光燒蝕推進(jìn)效率分析[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

5 孫順凱;陳發(fā)良;;激光燒蝕金屬熔融和汽化的數(shù)值計(jì)算方法研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

6 朱曉農(nóng);張楠;吳澤華;于洋;;飛秒激光燒蝕的三步曲——超短脈沖激光作用下固體靶材燒蝕演化過(guò)程的分析與理解[A];第十屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

7 孫玉琴;顧援;周關(guān)林;傅思祖;王琛;吳江;王偉;董佳欽;;激光燒蝕“印痕”測(cè)量系統(tǒng)[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2000）[C];2000年

8 朱曉農(nóng);;飛秒激光燒蝕作用下固體靶物質(zhì)發(fā)生噴射的主要特征[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

9 胡浩豐;王曉雷;吉陽(yáng);胡陽(yáng);丁曉雁;劉賢文;郭靜慧;翟宏琛;;強(qiáng)飛秒激光燒蝕金屬鋁的熱效應(yīng)分析[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

10 葉文華;;激光燒蝕RT不穩(wěn)定性大變形及混合的高分辨數(shù)值模擬[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2002）[C];2002年

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3 王麗梅;飛秒激光燒蝕硅的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

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5 金方圓;短脈沖激光燒蝕理論及楔條形陽(yáng)極加工方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

6 王新林;飛秒激光燒蝕金屬材料特性與微零件制備研究[D];華中科技大學(xué);2007年

7 肖青梅;托卡馬克類(lèi)ITER第一壁材料激光燒蝕光譜和質(zhì)譜研究[D];大連理工大學(xué);2014年

8 盧淵;導(dǎo)向沉積富集與fs-ns雙脈沖激發(fā)LIBS增強(qiáng)方法研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

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1 馬靖;281.5-285.5nm區(qū)金屬樣品中鐵元素共振激光燒蝕實(shí)驗(yàn)研究[D];安徽師范大學(xué);2003年

2 龍城德;小焦斑納秒激光燒蝕鋁靶的數(shù)值模擬[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

3 王猛;連續(xù)激光燒蝕效應(yīng)數(shù)值模擬研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2003年

4 高海燕;液相環(huán)境下飛秒激光燒蝕金屬靶材的機(jī)理[D];華中科技大學(xué);2011年

5 李霞芬;激光燒蝕—脈沖放電等離子體電子數(shù)密度和溫度特性研究[D];浙江師范大學(xué);2012年

6 陳安民;超短脈沖激光燒蝕金屬靶[D];吉林大學(xué);2009年

7 朱詩(shī)佳;飛秒激光燒蝕NiTi形狀記憶合金的機(jī)理及數(shù)值模擬[D];南華大學(xué);2012年

8 梁軍錄;ICP光源的激光燒蝕固體進(jìn)樣方法研究[D];河北大學(xué);2010年

9 李慧敏;金屬樣品共振激光燒蝕的實(shí)驗(yàn)研究[D];安徽師范大學(xué);2006年

10 陸茵非;鉛的激光燒蝕坑模擬及單脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)[D];天津大學(xué);2010年

本文編號(hào)：1148040