基于电子动态调控的飞秒激光诱导金属表面周期性结构研究

发布时间：2017-10-16 13:18

  本文关键词：基于电子动态调控的飞秒激光诱导金属表面周期性结构研究

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【摘要】：本文主要对基于电子动态调控的飞秒激光诱导金属表面周期性结构进行研究。飞秒激光作为一种飞秒量级的脉冲激光，与长脉冲激光或者连续激光等加工方法相比，具有小热影响区、高峰值功率、高加工精度等优势，是一种先进的微/纳制造技术。由于飞秒激光加工技术具有上述独特优势，已有众多国内外科研人员在飞秒激光微/纳加工领域进行了大量的工作，但在一些方面仍存在不足。例如，飞秒激光对材料表面进行改性时，在一定条件下会产生表面周期性波纹结构。对这种周期性波纹结构的形成机理目前在学术界还处于探讨阶段，其形貌的定向调控研究也还不够系统。本课题正是基于上述背景提出。论文系统地讨论了飞秒激光与金属材料相互作用的机理，基于电子动态调控理论，通过调节激光加工参数（脉冲能量、扫描速度、偏振方向、延迟时间），最终达到对金属材料表面周期性结构进行高效率、高精度可控加工的目的。 本人主要研究工作可概括为以下四个方面： 1.简述课题的研究背景，对相关内容的国内外研究现状进行了综述。 2.研究了飞秒激光与金属材料相互作用的机理，总结并归纳出飞秒激光加工金属表面周期性结构的理论依据。 3.飞秒激光单脉冲加工金属材料实验。1）、研究单脉冲下脉冲能量、扫描速度（脉冲个数）对不同材料（铝、镍、硅）表面形貌的影响。2）、研究偏振方向对不同材料（铝、镍、硅）材料表面形貌的影响。 4.飞秒激光脉冲序列加工金属材料实验。1）、研究双脉冲下脉冲延迟时间对金属镍表面周期性结构形貌的影响。2）、与偏振方向相结合，研究二者共同作用的结果。 由实验结果可以得到以下几点结论： 1、在飞秒激光单脉冲条件下，通过设计飞秒激光的脉冲能量、脉冲个数，可以在金属铝表面加工与偏振方向平行的裂纹结构。在金属铝表面进行扫线加工时，由于上述裂纹结构的擦除作用，，偏振方向会对扫线表面形貌的质量产生重要影响。 2、在飞秒激光单脉冲条件下，通过设计飞秒激光的脉冲能量、扫描速度和偏振方向，可以控制金属镍表面高频周期性波纹结构的产生。 3、在飞秒激光脉冲序列条件下，通过设计延迟时间和偏振方向，可以对金属镍表面结构的周期和线宽等形貌进行精确控制。
【关键词】：飞秒激光 金属 电子动态调控 激光诱导表面周期性结构
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4;TN249
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 课题背景12-23
• 1.1.1 飞秒激光加工技术13-23
• 1.1.2 与本课题的联系23
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势23-25
• 1.2.1 飞秒激光与金属材料相互作用理论研究23-24
• 1.2.2 飞秒激光加工材料实验研究24-25
• 1.3 本课题的研究内容25-27
• 1.3.1 研究内容25
• 1.3.2 论文简介25-27
• 第2章 飞秒激光加工材料的理论基础27-38
• 2.1 飞秒激光与物质相互作用的多尺度建模27-28
• 2.2 飞秒激光与材料相互作用机理28-33
• 2.2.1 飞秒激光与金属材料相互作用机理28-31
• 2.2.2 飞秒激光与电介质材料相互作用机理31-33
• 2.3 脉冲序列对材料的加工机理33-34
• 2.4 飞秒激光加工金属表面周期性结构理论研究34-36
• 2.4.1 表面周期性结构的理论背景35
• 2.4.2 主要理论模型35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 飞秒激光加工实验系统简介38-45
• 3.1 飞秒激光加工实验系统38-39
• 3.2 飞秒/皮秒激光一体机39
• 3.3 光学参量放大器39-40
• 3.4 六自由度精密移动平台40-42
• 3.5 CCD 以及其他元件42
• 3.6 扫描电子显微镜（SEM）42-43
• 3.7 原子力显微镜（AFM）43-44
• 3.8 本章小结44-45
• 第4章 单脉冲飞秒激光加工金属材料研究45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 单脉冲飞秒激光脉冲能量和扫描速度对加工材料表面形貌的影响45-54
• 4.2.1 脉冲能量和扫描速度对金属铝（Al）表面形貌的调控作用45-49
• 4.2.2 脉冲能量和扫描速度对金属镍（Ni）表面形貌的调控作用49-52
• 4.2.3 脉冲能量和扫描速度对半导体硅（Si）表面形貌的调控作用52-54
• 4.2.4 脉冲能量和扫描速度对材料的调控作用总结54
• 4.3 单脉冲飞秒激光偏振方向对加工材料表面形貌的影响54-60
• 4.3.1 偏振方向对金属铝（Al）表面形貌的调控作用54-56
• 4.3.2 偏振方向对金属镍（Ni）表面形貌的调控作用56-59
• 4.3.3 偏振方向对半导体硅（Si）表面形貌的调控作用59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 时域整形的飞秒激光脉冲序列加工金属材料研究62-70
• 5.1 引言62
• 5.2 实验设备介绍62-63
• 5.3 飞秒激光脉冲序列诱导金属镍表面周期性结构研究63-68
• 5.3.1 脉冲延迟时间对金属镍（Ni）表面形貌的调控作用63-66
• 5.3.2 脉冲延迟时间和偏振方向对金属镍（Ni）表面形貌的共同调控作用66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 聂萌星;袁满红;;飞秒激光在眼外科中的应用新进展[J];国际眼科杂志;2009年11期

2 韩飞;闫寒;周海波;王琼娥;;超短激光脉冲序列烧蚀镍薄膜的研究[J];激光技术;2013年04期

本文编号：1042885