超短激光脉冲烧蚀铜材料的数值模拟

使用约化后的双温方程（DTE）对超短激光脉冲烧蚀铜薄层的过程进行了数值模拟；基于超短激光脉冲烧蚀过程中电子与晶格的温度不平衡性，分别模拟了这两个系统的温升过程，并由此得到了单脉冲烧蚀深度；通过变化激光能流，研究了脉冲能量对烧蚀深度的影响。模拟结果表明，随着激光能流的增加，相变爆炸引起的喷射出现得越深，同时材料烧蚀深度越大；理论计算与实验结果相吻合。     

激光液相烧蚀法制备纳米粒子研究进展

纳米材料具有特殊的化学特性,在光电子、催化、医药、军事等领域展现出了广阔的应用前景。激光液相烧蚀法(PLAL)是当前纳米粒子制备领域的研究热点之一,其利用脉冲激光在液相中创造出超高温、超高压的环境,通过改变脉冲激光的波长、脉宽、频率以及溶剂、靶材的种类等,来达到控制纳米粒子形态和尺寸的目的。本文介绍了激光液相烧蚀法的基本原理,综述了激光液相烧蚀法制备金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、合金纳米粒子以及非金属纳米粒子的最新研究进展,总结了纳米粒子制备过程的影响因素和产物的性能。基于国内外研究进展,提出了激光液相烧蚀法制备纳米粒子的改进方向。     

等离子体冲击波效应对飞秒激光烧蚀面齿轮形貌的影响研究

利用烧蚀阈值理论，研究飞秒激光对面齿轮的烧蚀特征，得到了面齿轮的烧蚀阈值。建立烧蚀模型，计算仿真了飞秒激光在单脉冲与多脉冲烧蚀过程中的理论宽度与深度。利用等离子体冲击波传播半径随时间变化的规律，耦合飞秒激光多脉冲烧蚀时的表面残余温度变化，得到等离子体冲击波的动态反冲压力机理图，并得到飞秒激光加工过程中，等离子体冲击波动态反冲压力对烧蚀的凹坑形貌以及扫描隧道与烧蚀平面形貌变化的影响。通过试验验证飞秒激光对面齿轮进行隧道扫描时，随着扫描速度的增加，隧道的直线度降低。高功率条件下，增加相邻扫描道扫描间距，烧蚀后的齿面精度更高。     

激光烧蚀过程中的发射光谱研究

激光烧蚀过程中的发射光谱研究吴凌晖，吴嘉达，伍长征，李富铭（上海三束材料改性国家重点联合实验室复旦大学分部复旦大学光学和激光物理研究室，２００４３３）脉冲激光烧蚀沉淀制备薄膜技术已引起越来越多的关注。我们用时间和空间分辨的发射光谱方法测量了激光烧蚀钛...     

激光烧蚀金属Al产生电子和离子发射的研究

通过测定脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ激光烧蚀金属Ａｌ过程中，在烧蚀靶和收集板上电荷时间分辨的测量，研究了激光烧蚀金属Ａｌ产生的电子和离子发射过程，以及烧蚀环境气压对电子和离子发射过程的影响。结果表明，在激光烧蚀过程中，靶上生成电子和离子，而电子较离子先从靶面出射，随着烧蚀环境气压的增高，饶蚀靶和收集板上的电荷量都迅速减少。     

重复激光脉冲作用下薄膜损伤演化规律研究

为了深入研究重复激光脉冲的能量效应对光学薄膜的烧蚀机理,采用实验观测与热力学分析相结合的方法进行了研究。通过观察光学薄膜烧蚀形貌随入射激光脉冲数量增加发生改变的典型形貌特征,分析了激光与等离子体相互作用的热力学过程,得到了在激光重复脉冲作用下光学薄膜的损伤特性及其演化规律。结果表明,薄膜在重复脉冲作用下,其表面会变得粗糙,这会大大增加对激光的吸收效应,从而加速了薄膜的破坏,最终被完全去除而露出基底;同时,烧蚀物会在热膨胀作用下向激光作用区域外扩散,在激光烧蚀中心区域外进行沉积,而形成更大范围的污染。由于激光光强为高斯分布,重复脉冲作用的效应主要是对在光束中心区域的薄膜进行集中烧蚀,会不断增加烧蚀的损伤程度,而对烧蚀面积的增加效应极为有限。这一研究结果为重复激光脉冲对薄膜烧蚀机理的建立提供了参考。     

多脉冲飞秒激光深小孔的加工

利用改进的双温模型理论,表征了多脉冲飞秒激光对厚的金属铝的烧蚀情况,并在实验上予以验证。用有限差分法对飞秒激光在金属铝表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值模拟,预测了孔在激光能量密度、脉冲个数、激光束腰半径等不同激光参数作用下的孔径与深度。实验发现,激光能量密度和脉冲个数是影响小孔形貌的主要因素,且多脉冲烧蚀阈值明显低于单脉冲烧蚀阈值。讨论了准贝塞尔光束在最大准直距离内无衍射的特性,分析了贝塞尔光束对于深小孔加工的提升特性。     

飞秒强激光超快烧蚀动力学过程的时间分辨研究

利用抽运-探测超快时间分辨阴影图方法研究了高强度飞秒激光脉;中烧蚀固体靶的动态物理过程.首次实验证实了40 J/cm2.50 fs激光脉冲烧蚀固体靶是一个同时涉及超快加热与超快光机械作用的复杂物理过程.该结果为深入揭示和理解超短脉冲激光烧蚀固体物质特别是金属材料的动态物理过程提供了新的关键性启示.     

飞秒激光烧蚀镍的数值模拟

为了研究金属镍的飞秒脉冲激光烧蚀特性,利用三维双温模型和采用有限差分法,对飞秒激光烧蚀镍的三维温度场进行数值模拟,计算得到了单脉冲烧蚀阈值、单脉冲烧蚀半径及烧蚀深度等。通过改变激光能量,研究了电子品格耦合时间随脉冲能量变化的规律以及脉冲能量对烧蚀半径、烧蚀深度、烧蚀速率的影响。模拟结果表明,随着飞秒脉冲激光能量的增加,材料烧蚀引起的喷射出现的越早,完成烧蚀所用时间越长,烧蚀速率越大,同时材料烧蚀孔半径、深度增加,最终趋于饱和。     

飞秒激光烧蚀高定向热解石墨的超快过程研究

脉冲激光烧蚀高定向热解石墨(HOPG)是制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料的重要方法之一。研究和认识飞秒脉冲激光烧蚀高定向热解石墨的超快物理过程,可以为探索飞秒激光烧蚀制备各种碳纳米材料提供重要的实验和理论基础。利用抽运-探测技术记录了0.33～20J/cm2不同激光能流下50fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0～9ns时间窗口内的超快动态过程,并且比较分析了烧蚀高定向热解石墨和烧蚀铝靶的差别。实验发现,随着入射到高定向热解石墨表面的激光能流从20J/cm2下降到0.33J/cm2,光热机制导致的物质去除逐渐减少,光机械机制的应力释放导致的大颗粒物质喷射逐渐成为主要的物质去除过程。分析表明,靶材的吸收系数是导致高定向热解石墨和铝靶烧蚀动态过程不同的主要因素。     

激光水下打靶力学效应的测试与分析

采用自行研制的光纤力学传感器研究了在不同能量的脉冲激光作用下，水中靶材的力学效应。实验和理论分析研究结果表明，水中靶材依次受到激光烧蚀压力及空泡溃灭产生两次射流冲击力的作用，冲击力幅值随作用激光能量的增加均先上升后下降；而射流产生时刻及空泡溃灭时刻随激光能量增加呈单调递增趋势；且射流产生的时刻早于空泡溃灭的时刻。     

脉冲激光烧蚀技术的研究现状及进展

介绍了脉冲激光烧蚀技术的原理、特性及研究现状，并对其发展前景进行了展望。同时将该项技术分为纳秒激光烧蚀、皮秒激光烧蚀和飞秒激光烧蚀这三个阶段。并且介绍了该项技术在纳米材料方面的应用。     

激光溅射法在射频离子阱中产生和囚禁低能多电荷离子

用激光溅射金属氧化物的方法在射频离子阱中产生了Ｃｏ和Ｔｉ的多电荷离子,结合离子阱选择囚禁技术和垂直交叉离子束碰撞冷却方法,得到了稳定囚禁的低能（电子伏特能量）Ｃｏ３＋和Ｔｉ４＋离子。     

紫外激光刻蚀多层线路板初步研究

描述了固体倍频紫外激光在 35 5nm和 2 6 6nm ,不同聚焦透镜实验条件下 ,对多层电路板的微刻蚀实验 ,进行了其传热一维模型的理论推导 ,并得到了在实验条件下最佳的理论参数为波长 2 6 6nm ,峰值功率大于 2× 10 6J/s ,聚焦透镜焦距为 2 0 0mm ,为激光修复多层线路板的工业应用提供了一定的实验依据     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理分析

为了深入理解超短脉冲激光烧蚀金属的机理,特别是烧蚀过程中靶面电子发射带来的影响,本文分析了飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理,并在此基础上建立了一维热传导双温模型,模型考虑了电子热导率、热容、电子-晶格耦合系数等参数随温度的变化,以及表面热电子发射和多光子电离导致靶面的能量损失。选择波长为 800 nm,FWHM为100 fs,峰值功率密度为1.2×1017 W/m2 的高斯型单脉冲激光辐照铜靶进行数值模拟。并对计算数据进行分析,结果表明:多光子电离所导致的电子发射比热电子发射要强,但是热电子发射持续的时间长;多光子电离导致的电子发射带走的靶面能量比较大,在分析飞秒烧蚀过程中不可忽略。     

脉冲激光微加工技术在MEMS中的应用

介绍了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术(光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等)相比具有其独到之处。阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

飞秒、皮秒激光烧蚀金属表面的有限差分热分析

为描述飞秒激光烧蚀金属表面过程，对双温方程进行了约化。用有限差分法对飞秒、皮秒脉冲激光在金属表面烧蚀过程的温度场进行了一维数值模拟。分析了在飞秒领域对双温方程约化的合理性。计算模型对电子与光子耦合系数的大小对金属表层电子温度的影响进行了分析。同时考虑不同脉宽、不同能流及功率密度大小的因素。发现电子与晶格耦合系数影响材料表面电子的温升及电子与晶格温度耦合时间；与皮秒激光比较。脉冲功率密度是影响电子最终温度的主要因素；飞秒激光烧蚀金属材料的厚度可达到表层厚度(吸收系数的倒数)量级。