飞秒激光制备硅表面周期性微纳结构的仿真与试验研究

发布时间：2021-10-29 11:14

　　随着微细制造技术的快速发展,具有特定表面微纳结构的功能器件的高效制备逐渐成为人们研究的热点。由于飞秒激光具有极高的峰值功率和超快作用时间,通过简单的激光辐照方法,可以在任何材料表面上制备出亚微米级周期表面结构,在光子学、等离子体学、光电子学、热辐射源和生物光学等方面具有广阔的应用前景。因此,针对飞秒激光诱导表面周期性条纹结构的形成及演化机制进行研究具有重要的科学意义和应用价值。为了揭示了硅表面LIPSS条纹结构形成及演化的内在机制,本文从激光与物质相互作用的角度出发,根据电离速率方程、麦克斯韦方程研究了飞秒激光作用下硅表面自由电子的产生机制、时空分布规律及其演化机制,获得了激光辐照表面等离子体的运动规律以及其入射激光能量分布的影响。然后根据固体物理、量子力学的相关理论,综合考虑了激光与物质相互作用过程中的相关电离机制以及电子-晶格弛豫过程,根据电离速率方程、双温模型、Drude模型及等离子体激元对入射激光能量分布的影响,对飞秒激光辐照单晶硅的超快作用过程进行分析,建立了飞秒激光辐照单晶硅制备表面周期性微纳条纹结构的仿真模型。通过仿真研究了能量耦合过程中靶材的瞬时热物性参数,例如电声耦合... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

表面散射波与入射激光发生干涉形成干涉条纹1977年，Isenor[10]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文以产生复杂的电场分布，从而驱动局域等离子体振荡。这些振荡将在更强的热量，其对材料表面的侵蚀导致条纹结构的“沟壑”形成。Sipe[11]等人将激光诱导结构的每个傅里叶分量与相应的薄膜表面下能傅里叶分量联系起来，讨论了产生的电磁场结构的性质及其与周期性的简单”表面散射波”模型的关系，建立了激光制备出表面周期性微构的理论。理论表明了材料表面粗糙度（限制在一个高度远小于激光域）引起的表面散射波与入射激光相互干涉导致能量周期性沉积，进称性破坏的原因。1998 年，Varel[13]等人使用质谱法研究了飞秒激光烧蚀蓝宝石时正离子速度分布。实验过程中使用飞秒激光辐照蓝宝石表面，在烧蚀区域的到了空间周期为 790nm 的 LIPSS 条纹结构，这是研究者第一次使用飞导出亚波长条纹结构，如图 1-2 所示。

的形成机制是表面等离子体激元(SPP)与而后在靶材表面形成周期性沉积的结果。光耦合起着至关重要的作用。他们提出了表面介电常数、电子浓度和电子碰撞时间真验证了该方法的有效性，该方法对超短离机理具有重要意义。秒激光诱导的 LIPSS 进行了较为系统的研光脉冲序列（如图 1-4 所示）诱导形成表激光时间整形的子脉冲延时接近光学声子发光学声子振荡主导下的超快相变并获得传统相变（声学声子主导）。时间脉冲整晶格耦合的特征时间尺度，从而控制飞秒激光时空整形所产生的特殊物理效应/作用高表面微纳结构加工精度和质量。他们课延时可在铜表面可获得质量更好的周期性

【参考文献】：
期刊论文
[1]超亲水/水下超疏油膜的制备及油水分离性能[J]. 曹思静,潘子鹤,杜志平,程芳琴.  化工进展. 2018(10)
[2]飞秒激光诱导周期性表面结构及其应用[J]. 刘树青,胡洁,赵梦娇.  科学通报. 2016(14)
[3]飞秒激光微通道加工研究进展[J]. 蔡海龙,闫雪亮,王素梅,夏博,刘鹏军,姜澜.  北京理工大学学报. 2012(10)

博士论文
[1]金属—电介质—金属微纳结构吸收与透射增强研究[D]. 王伟.浙江大学 2017
[2]飞秒激光诱导硅表面微纳结构几何形貌调控实验研究[D]. 纪煦.北京理工大学 2015
[3]飞秒激光诱导硅表面微纳结构研究[D]. 杨明.南开大学 2014

硕士论文
[1]表面功能性微纳复合结构的飞秒激光加工[D]. 谭旭东.北京理工大学 2016



本文编号：3464549