基于激光場分布的納秒激光誘導(dǎo)亞波長條紋機理的研究.pdf

1、激光輻照實驗中經(jīng)?？梢杂^察到各種周期性條紋結(jié)構(gòu)，一種周期突破光衍射極限的具有類似光柵結(jié)構(gòu)的亞波長周期性條紋，引起了研究者們的廣泛興趣。這種條紋目前只在飛秒及少數(shù)皮秒激光燒蝕試驗中被觀察到，由于納秒激光輻照材料損傷是熱作用主導(dǎo)的，普遍認(rèn)為納秒激光不能刻蝕出亞波長條紋結(jié)構(gòu)。但是在溶膠凝膠法制備的二氧化硅顆粒結(jié)構(gòu)中，通過納秒激光輻照，實現(xiàn)了亞波長條紋結(jié)構(gòu)的刻蝕。該工藝的實現(xiàn)將亞波長條紋的激光刻蝕拓展到納秒激光范圍，將有助于促進(jìn)亞波長周期性條紋

2、激光刻蝕加工產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
　　基于實驗現(xiàn)象，本文結(jié)合納秒激光損傷機理，借鑒飛秒激光刻蝕理論，根據(jù)經(jīng)典的麥克斯韋方程，建立了納秒激光刻蝕亞波長條紋的理論分析模型。重點分析激光場分布在損傷過程中的變化情況，尤其是損傷微坑形貌與尺寸發(fā)展對激光場分布的實時影響。通過有限元分析軟件COMSOL模擬了不同薄膜結(jié)構(gòu)和不同激光波長下，亞波長條紋形成過程中薄膜的激光場分布。分析了不同薄膜結(jié)構(gòu)，不同激光波長下，亞波長周期性條紋的微觀結(jié)構(gòu)及條紋周期，

3、初步探索了納秒激光之所以能夠刻蝕出亞波長周期性條紋的機理。
　　亞波長條紋結(jié)構(gòu)形成的初期，顆粒結(jié)構(gòu)起了很重要的作用。在激光輻照下，顆粒結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)會發(fā)生變化，同時由于顆粒散射作用促使局域表面等離子體的形成，并誘導(dǎo)形成周期性的場分布。這種周期性的場分布刻蝕玻璃基，在玻璃基上形成周期性凹槽。凹槽形成之后，光柵輔助的SP-laser干涉是主導(dǎo)的機制。整個過程中條紋周期主要取決于入射激光的波長和材料的介電常數(shù)。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表

4、明，納秒激光輻照所形成的條紋結(jié)構(gòu)中:1）多孔SiO2結(jié)構(gòu)在納秒激光輻照初期能夠形成局域的強場分布;2）條紋結(jié)構(gòu)形成的初期，顆粒的尺寸對激光場分布的影響不是很大;3）納秒激光形成的條紋結(jié)構(gòu)取向基本一致，且垂直于偏振方向，并且所形成的條紋周期與入射激光的波長有直接的聯(lián)系;4）條紋結(jié)構(gòu)的周期與材料的介電常數(shù)有關(guān)，而材料的介電常數(shù)與材料的電離度有關(guān)，也就是說條紋結(jié)構(gòu)的周期取決于激光的能量密度。
　　本文研究的結(jié)果對強激光材料學(xué)科的發(fā)展有一