飛秒強(qiáng)激光脈沖對Ta-,2-O-,5-薄膜激勵作用的動態(tài)研究.pdf

1、飛秒激光被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)分析和超精細(xì)加工。在與物質(zhì)相互作用的過程中，飛秒激光脈沖顯示出與長脈沖激光不同的特性如熱影響“凍結(jié)”、可突破光學(xué)衍射極限等。對飛秒激光脈沖與寬帶隙介質(zhì)相互作用進(jìn)行研究，一方面可以促進(jìn)超快、超強(qiáng)光學(xué)的發(fā)展，一方面可以促進(jìn)飛秒激光加工技術(shù)的發(fā)展，也可形成一種制備新材料的新思路。 本文以時(shí)間分辨的反射率和透射率為出發(fā)點(diǎn)，主要研究了飛秒強(qiáng)激光脈沖激發(fā)下Ta2O5介質(zhì)薄膜光學(xué)性質(zhì)的變化，核心內(nèi)容是

2、飛秒強(qiáng)激光脈沖與Ta2O5介質(zhì)薄膜相互作用過程中光學(xué)常數(shù)及電子濃度分布函數(shù)的模擬，建立了一個(gè)新的飛秒激光脈沖與寬帶隙介質(zhì)相互作用的動力學(xué)模型，目的在于進(jìn)一步理解飛秒激光脈沖與物質(zhì)相互作用機(jī)理。 1、采用單層吸收膜-透明襯底模型對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，得出60％單脈沖損傷閾值泵浦強(qiáng)度下，Ta2O5介質(zhì)薄膜光學(xué)參數(shù)瞬態(tài)變化的峰值為折射率△n=-2.2％，消光系數(shù)△k=0.035。結(jié)合Maxwell方程組，進(jìn)一步擬合Ta2O5介質(zhì)薄膜復(fù)介

3、電常數(shù)瞬態(tài)變化的峰值為實(shí)介電常數(shù)△εr=-4.3％，虛介電常數(shù)△εi=0.15，繼而得到光生自由電子濃度分布，在約80fs處達(dá)到最大值3.8×1020cm-3，約為損傷電子濃度臨界值的21％；在2ps后，電子濃度剩下約47％。 2、將實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)代入飛秒激光與寬帶隙介質(zhì)相互作用的動力學(xué)速率方程并進(jìn)行數(shù)值模擬。在脈沖開始作用后30fs前多光子電離是主要的自由電子產(chǎn)生機(jī)制，隨后碰撞雪崩電離逐漸加大。電子濃度達(dá)到最大值時(shí)，碰撞雪崩電

4、離產(chǎn)生的電子濃度增長占到了電子濃度總增長的約70％，復(fù)合帶來的影響約6％。電子濃度在達(dá)到最大值之后開始下降，有效弛豫時(shí)間為490fs時(shí)，脈沖作用2ps后自由幾乎全部復(fù)合。 3、同時(shí)考慮缺陷復(fù)合和俄歇復(fù)合機(jī)制，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們對現(xiàn)有動力學(xué)速率方程進(jìn)行適當(dāng)修改和調(diào)整。在250fs前同時(shí)考慮缺陷復(fù)合和俄歇復(fù)合、250fs之后只考慮俄歇復(fù)合。在缺陷復(fù)合系數(shù)為9×10-9cm3/s和俄歇復(fù)合系數(shù)為4.5×10-29cm6/s時(shí)我們得到了