飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究

摘要：

理解超短激光与材料的相互作用过程与机理是开展超短激光加工等工程应用的基础。首先引入电子激发项、双光子吸收、俄歇复合项等改进双温，使其较准确地适应于飞秒激光与半导体硅材料的相互作用过程。然后，分析了热损伤效应和“非热”损伤效应的影响。最后，开展了双脉冲飞秒激光与硅的相互过程研究，并分析了电子密度、晶格温度对于损伤积累效应的影响。理论模型得到单脉冲激光损伤阈值为0.25 J/cm2，此时主要表现为热损伤；当入射能量密度大于0.53 J/cm2时，主要表现为“非热”损伤。双脉冲激光作用表明，脉冲间隔不大于100 ns(激光重频10 MHz)表现出明显的热积累效应，并显著降低损伤阈值。此时，第一个脉冲造成的电子密度升高(≤1026/m3)对损伤的贡献较小；而第一个脉冲引起的晶格温升将导致极高的电子激发以及晶格温升(≥800 K)，对损伤起主要贡献作用。该研究对于激光微加工、激光防护等领域具有参考意义。

关键词：双温模型、非热损伤、损伤积累、飞秒激光、单晶硅

分类号：TN249(光电子技术、激光技术)

资助基金：激光与物质相互作用国家重点实验室自主基金课题SKLLIM-1303

在线出版日期：2014-09-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2419-2424