飞秒激光与金属材料相互作用研究.pdf

天津大学
硕士学位论文
飞秒激光与金属材料相互作用研究
姓名:王志军
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:贾威
20070101
摘要关键词:本论文主要对飞秒激光与金属材料相互作用进行了理论和实验方面的研究,主要内容如下:,模拟了飞秒激光烧蚀过程中,电子和晶格的耦合过程,得出电子晶格耦合时间在皮秒量级;根据飞秒激光烧蚀的特点,提出了一种飞秒激光烧蚀热影响区的定义,并根据定义计算了飞秒激光烧蚀金属材料的径向熟影响区,得出飞秒激光烧蚀热影响区在量级;另外还计算了热影响区晶格的冷却速率;以及单脉冲的烧蚀速率和多脉冲进行烧蚀时的累积效应,并分析了材料参数对它们的影响。“灞砻娑嗦龀迳帐吹氖笛檠芯俊S貌煌芰浚嗤龀宕问约跋同能量,不同的脉冲次数分别进行了烧蚀实验,得出在相同的脉冲能量条件下,随着脉冲次数的增多,烧蚀半径逐渐的增大,烧蚀阈值逐渐的减小;并利用实验结果计算了多脉冲烧蚀闽值、单脉冲烧蚀阈值和累积因子。鹗舯“宕蚩椎氖笛檠芯俊Mü谋湮锞档氖悼拙丁⒓す夤β省⑸杷度探索最佳的加工工艺,得出螺旋加工是一种比较好的加工方法,基本可以保证孔在入口和出口是圆形;并分析了空气传输对最终加工结果的影响。飞秒激光双温模型热影响区微加工
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易垮‘之碡易年麓酢Vδ辏滤辍M学位论文版权使用授权书独创性声明露郉日或撰写过的研究成果,也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解苤聋苤鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权吞鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得导师签名:签字冢、
第一章绪论甀超短脉冲技术的发展从年第一束激光产生至今已有多年的历史了,这多年来,激光技术的发展和应用突飞猛进。二十世纪后期飞秒激光的出现更是为人类提供了前所未有的全新实验手段与物理条件,有着十分广阔的应用前景。要想了解飞秒激光,首先要知道什么是飞秒。飞秒是一个时间的测量单位,擅,也就是蛞诜种幻耄绻魑<负纹骄衡量宇宙,其寿命仅不过而已,由此可知飞秒激光脉冲宽度极短。另外飞秒激光经过聚焦可以达到极高的峰值功率。例如,将哪芰考性诩父龇擅时间内并会聚成弘的光斑,其光功率密度可达到埔痗浠凰愠傻场强度则为/G庠又锌饴爻∏痬倍,这就有可能将电子从原子中直接剥离出来。飞秒激光的这些特性是如何实现的呢紫龋谡竦雌髂冢盟<际趸得飞秒激光脉冲,得到的飞秒激光脉冲经展宽器按不同波长在时间上展宽,展宽的脉冲再经过放大器放大充分获得能量,然后放大后的脉冲再经过压缩器压缩到飞秒宽度,从而最终形成具有极高峰值功率的飞秒激光脉冲。飞秒激光超精细微加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。自从脉冲激光器问世以来,激光脉冲就向着脉宽越来越窄,峰值功率越来越高的方向进行发展。脉冲宽度由年代中期的几个纳秒逐步过渡到几个飞秒,聚焦放大后的峰值功率密度可达痗。总体来说超短脉冲技术的发展可以分为以下五个阶段【:年代中期为第一阶段,为超短脉冲探索阶段,主要是各种锁模理论的建立和锁模方法的探索。年代中后期为第二阶段,为超短脉冲理论的成熟阶段,主要体现为锁模方法和锁模理论的成熟。年代为第三阶段,超短脉冲进入了飞秒阶段。不过此时的超短脉冲是通过碰撞锁模产生。年代开始了超短激光脉冲发展的第四阶段。这一阶段主要表现为飞秒激光产生介质方面的突破。其代表就是飞秒激光钛宝石激光器代替了染料激光器。
,飞秒激光技术逐步成熟,为阿秒技术的发展探索铺平道路【俊激光能量,当其动能达到或者超过价带电子的电离势能时,与价带电子的碰撞就由于飞秒激光脉冲宽度极短,因此在聚焦后可以在较低的脉冲能量下获得极高的峰值功率密度。这样的特点决定了它的加工机理不同于传统的长脉冲和连续激光加工,也决定了它应用在加工方面的独有优势和特点:扔跋烨苄鹕算兄稻非液艿赏黄蒲苌浼杉庸じ髦植牧在飞秒激光烧蚀材料时,材料先吸收激光能量,然后才能完成烧蚀。由于飞秒激光的高强度,因此在这个过程当中会存在着很强的非线性吸收。在飞秒激光与材料相互作用过程中,导致光损伤