组合激光辐照单晶硅的热作用数值分析

利用有限元法对组合激光辐照单晶硅的温度及应力场进行了数值分析,在组合激光与连续激光平均功率密度相同的前提条件下比较了组合激光和连续激光分别作用于单晶硅的损伤效果。计算结果表明,组合激光与连续激光相比更有利于实现对单晶硅的热损伤;组合激光作用下单晶硅内部的Von Mises应力、轴向应力和环向应力比在连续激光作用下要大,组合激光对单晶硅的损伤比连续激光更强。     

单晶硅的激光铣削试验研究

采用Nd:YAG脉冲激光器对单晶硅片进行铣削加工试验。系统研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律,并利用优化的铣削工艺对单晶硅进行了多种形状铣削加工。     

长脉冲激光辐照单晶硅的热损伤

为探究毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤规律和机理,利用高精度点温仪和光谱反演系统对毫秒脉冲激光辐照单晶硅的温度进行测量。分析温度演化过程,研究毫秒脉冲激光对单晶硅热损伤全过程的温度状态和对应的损伤结构形态。研究表明:脉冲宽度固定时,激光诱导的单晶硅的峰值温度随能量密度的增加而增加;当脉冲宽度在1.5~3.0 ms之间时,温度随脉冲宽度的增加而降减小。温度上升曲线在熔点(1 687 K)附近时出现拐点,反射系数由0.33增加为0.72。在气化和凝固阶段,出现气化和固化平台期。单晶硅热致解理损伤先于热致熔蚀损伤,在低能量密度激光作用条件下,应力损伤占主导地位,而在大能量密度条件下,热损伤效应占主导地位。损伤深度与能量密度成正比,随脉冲个数增加迅速增加。     

不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究

为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程,采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式,进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究,并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌;根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类,对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明,组合脉冲激光的损伤效应更为严重,包括解理裂纹、烧蚀和皱褶,表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度,而熔融深度随延迟时间的增加而减小;毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用,使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。     

不同环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出机理

为了探究纳秒激光烧蚀单晶硅过程中熔融物质的喷溅过程,对不同加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的过程进行了模拟仿真及实验验证。采用Level-Set界面追踪法,通过仿真软件建立有限元模型,对空气、静水和真空加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅时物质抛出过程进行模拟仿真,研究了不同加工环境中温度场、速度场对表面喷溅的影响;采用波长266 nm、脉宽30 ns和频率50 Hz的单脉冲激光烧蚀单晶硅的工艺实验对仿真结果进行验证,通过原子力显微镜和数字显微镜对烧蚀结果进行了表征。结果表明,空气环境中,t=30 ns时熔融物质的喷溅速率达到14.1 m/s,在微孔内部蒸汽压力的作用下,烧蚀区域熔融物质向外喷出;静水环境中,t=30 ns时熔融物质的喷溅速率为1.68 m/s,远低于空气中的喷溅速率,熔融物质快速冷却;真空环境中,材料在短时间内汽化,t=30 ns时熔融物质的喷溅速率最大可达18.4 m/s,较高的喷溅速率有利于物质的抛出。加工环境对纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出影响较大,这为提高纳秒激光加工单晶硅的加工质量提供了参考。     

超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤效应

太阳能是未来的主要能源之一,关于太阳能电池的研究也逐渐成为热点。长期以来,人们对太阳能电池的高能粒子辐射特性进行了广泛的研究,对其激光辐照损伤特性的研究却很少。随着光电对抗技术的发展,对这方面的研究需求也越来越迫切。研究了532 nm、20 ns和300 ps脉冲激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应,分析了超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理。对比了超短脉冲激光和长脉冲激光、连续激光的损伤机理的异同。阐述了在激光单脉冲能量一定的情况下,损伤效果与脉宽和重频的关系。通过分析,指出了太阳能电池损伤的主因,激光对太阳能电池的破坏主要是依靠热效应。     

高能纳秒激光烧蚀单晶硅的微观结构

高能纳秒激光烧蚀硅时,往往会伴随着相爆炸过程,它决定了烧蚀的形貌特征。基于相爆炸的物理过程,分析了相应的烧蚀形貌：相爆炸的发生会使得硅材料发生大范围的去除,高温熔化材料的混合物向外喷溅,冷却形成放射状的冷却条,期间分布着冷却的球状微粒;超热液体的去除部位形成一个类似花瓣状坑,在坑中由于入射光与散射光的干涉形成条纹,其周期与激光光波相似。     

飞秒与纳秒激光刻蚀单晶硅对比研究

采用输出功率8W的355nm Nd∶YVO4纳秒激光器和3W的1030nm飞秒激光器对0.4mm的单晶硅的刻蚀进行了对比研究,研究了激光的单脉冲能量密度,脉冲宽度,脉冲耦合率等参数对加工质量和精度的影响。实验结果表明,飞秒激光加工的热效应要小于紫外纳秒激光,同时飞秒脉冲产生了纳米条纹,但随着加工次数的增加,纳米条纹也直接导致了不规则裂纹的产生。这说明飞秒激光的加工优越性也是有条件的,当需要对材料进行大量去除之类的加工时,成本相对较低的紫外纳秒激光可能更为适合。     

组合脉冲激光铝等离子体的数值模拟研究

为了获得组合脉冲激光诱导等离子体光谱性能增强的物理机制, 基于FLASH程序模拟计算了预脉冲参数对组合脉冲激光诱导的铝等离子体参数时空分布的影响, 获得了在不同预脉冲波长和不同预主脉冲延时下产生的铝等离子体电子温度、电子密度和烧蚀质量的空间演化规律。结果表明, 在预主脉冲总能量相同的情况下, 随着预脉冲波长从0.266μm变化到1.064μm, 高温环境氦气等离子体羽辉的空间范围从0.7cm增大到3.0cm, 但组合脉冲对靶材的烧蚀效率严重下降, 而铝等离子体的最大电子温度保持稳定; 此外, 组合脉冲的时间延迟低于100ns。该研究可为组合脉冲激光诱导击穿等离子体光谱增强技术提供理论参考。     

Nd:YAG固体激光铣削单晶硅表面形貌研究

利用体视显微镜和扫描电子显微镜观察Nd:YAG固体脉冲激光铣削的单晶硅表面形貌,利用能谱分析仪EDAX对铣削表面进行成分分析。不同功率密度的激光铣削的单晶硅表面形貌差别比较大,其表面化学成分也存在较大差别。     

氩离子激光泵浦的Nd:YAG单晶光纤激光器

本文报道了以氩离子激光作泵浦源的Nd:YAG单晶光纤激光器的研究结果。获得了波长为1.064μm基模的连续激光输出。其斜率效率高于20％;最高激光输出达35mW。实验结果与理论计算基本吻合     

新型激光加热基座生长法生长氧化锆单晶光纤

为了拉制氧化锆单晶光纤,采用一种基于激光加热基座生长法的单晶光纤拉制系统,在原有的激光加热基座生长法生长单晶光纤的基础上,设计出环形聚焦激光加热系统,对其光学系统进行了改进、优化.利用椭球镜的双焦点特性设计光路,在其第一焦点处形成聚焦环形热源,用于熔化晶棒,拉制光纤;通过ZEMAX光学软件对系统进行了光学仿真.结果表明,在光学系统的聚焦点,能形成高质量的环形热源.该系统有着其它激光加热基座生长法的光学系统无法比拟的优点,在拉制氧化锆和其它高温单晶光纤方面有着很好的应用.     

强激光系统中硅镜变形数值分析

本文运用数值传热学中全隐差分格式交替方向块迭代法,对周边绝热强激光照射非稳态条件下硅镜的温度及挠变形进行了数值模拟,给出了形变随激光功率、光斑直径、镜片直径、镜片厚度以及照射时间等参数的变化规律,并对镜片局部最高温度的变化作了探讨和分析.     

本征非晶硅薄膜的准分子激光晶化

为了减低非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应和提高其光电转换效率,用等离子体化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜,用波长为248nm的KrF准分子激光器激光晶化了非晶硅表层,用共焦显微喇曼测试技术研究了非晶硅薄膜在不同的激光能量密度和不同的频率下的晶化状态,并用扫描电子显微镜测试晶化前后薄膜的形貌。结果表明,随着激光能量密度的增大,薄膜晶化效果越来越好,能量密度达到268.54mJ/cm2时晶化效果最好,此时结晶比约为76.34%;最佳的激光能量密度范围是204.99mJ/cm2~268.54mJ/cm2,这时薄膜表面晶化良好;在1Hz~10Hz范围内,激光频率越大晶化效果越好;晶化后薄膜明显出现微晶和多晶颗粒,从而达到了良好的晶化效果。     

空间太阳电池硅单晶的辐射效应及加固

概述了硅太阳电池和硅单晶在空间高能粒子辐射下性能的变化及采用掺锡、掺锂提高太阳电池用硅单晶抗辐射性能的原理和方法。     

金和铂掺杂单晶硅制备NTCR的研究

采用开管涂源法,对p25为7Ω·cm的n型单晶硅进行了Au和Pt双重掺杂,制备了低阻高B型NTCR.研究了扩散时间和扩散温度对样品参数的影响,并进行了相关的测试和分析.结果表明:扩散温度θ=1200℃、扩散时间t≥2h时,导电类型反型为P型,此时B25/50值不再随扩散时间明显变化,而是稳定在4 000K左右,P25恒...     

85W绿光激光器中的KTP晶体热效应研究

本文强调了倍频晶体的热效应问题是影响高功率激光器输出功率的主要因素之一，利用热传导方程对KTP晶体热效应问题进行了理论分析，模拟出了在一定泵浦功率下KTP晶体内部温度分布情况。并提出角度调节及加强冷却的方法来解决晶体热效应问题。在实验中获得了85W的高功率绿光输出。     

组束激光大气传输远场功率密度的数值分析

从组束激光的耦合效率出发,对组束激光的输出功率进行了估计,结果表明该输出功率可以达到105瓦量级。基于此功率量级对组束激光的远场平均功率密度进行了分析,结果表明在弱湍流和热晕条件下,组束激光的有效作用距离约为km量级,具有一定的战术应用能力。