飞秒激光烧蚀硫系玻璃表面孔洞结构演化的瞬态研究

论文摘要

硫系玻璃（Ch Gs）由于其宽透明范围,高折射率,高非线性光学系数和高光敏性等特性,因此,Ch Gs材料可以用作光通信,光学传感以及光学记录等诸多领域内。此外,在材料的表面实现生长纳米结构或者制备纳米孔阵列、纳米光栅等具有高折射率的结构对未来光学系统中功能器件的制备起着关键性的作用。而在众多制造技术中,飞秒脉冲激光由于具有较强的材料兼容性以及对材料的“冷加工”等优势,在微加工领域得到广泛关注,并且发展极为迅速。其中,飞秒激光已被用于制作3D全息记录,光栅和光波导等。此外,飞秒脉冲激光辐射材料表面产生不同形貌结构的过程比较复杂,包含光和物质之间的多种相互作用。目前为止,关于飞秒激光诱导的硫化砷玻璃材料表面形貌演变的研究很少,并且对激光诱导材料表面产生的不同形貌结构过程形成的机理解释仍然没有达成统一观点。然而,研究飞秒激光诱导硫化砷玻璃材料表面微纳结构演化的过程、阐明飞秒激光与硫化砷玻璃相互作用的烧蚀机理,对激光在硫系玻璃上进行微加工有着重要的理论指导意义。本文中首先讨论了纳秒脉冲激光与As2S3材料作用,材料表面微纳结构的瞬态演化过程,并为开展对飞秒激光烧蚀As2S3玻璃材料表面过程中,研究材料表面形成微纳结构的瞬态演化过程打下了基础。然后设计并搭建了飞秒脉冲激光泵浦-探测装置,并通过实验实现了对激光照射材料表面过程中,材料表面反射信号强度的变化的实时监测。此外,利用双温度理论模型对激光辐射材料表面过程中,材料表面的温度场进行了模拟。结合理论和实验,清楚的阐明了飞秒脉冲激光辐射硫化砷玻璃过程中,玻璃表面的形貌学以及热学性质的演变机理。在不同的激光能量下（8.26 m J/cm2-30.98 m J/cm2）,材料表面的温度达到最大需要的时间范围为6-8 ps。其中,在低、中、高三个激光能量密度下,材料表面孔洞结构演化过程中,表面反射信号强度的变化需要的时间范围为43 ps-450 ps。此外,通过调控激光加工参数制备出了高质量的长周期衍射光栅,在透射波长为λ=632.8nm处获得光栅的一级衍射效率高达6.3%。

论文目录

引言

1 绪论

1.1 激光技术的发展简介

1.2 飞秒激光微加工技术的优势

1.3 脉冲激光烧蚀动力学的理论研究进展

1.4 脉冲激光-物质相互作用瞬态演化过程研究

1.5 硫系玻璃简介

1.6 研究内容和工作安排

2 热传导方程的几种计算理论模型

2.1 微尺度传热理论及热通量方程

2.2 微尺度多步传热模型

2.2.1 双温度模型

2.2.2 三温度理论模型

2.2.3 非热理论模型

2.3 硫化砷玻璃制备

2.4 硫化砷玻璃样品测试

2.5 本章小结

3 纳秒脉冲激光与硫化砷玻璃材料相互作用的瞬态研究

3.1 纳秒脉冲激光与硫化砷玻璃相互作用的双温度理论模型研究

3.2 纳秒激光与硫化砷玻璃相互作用的瞬态过程研究

3.2.1 泵浦-探测平台技术的设计与搭建

3.2.2 纳秒激光烧蚀硫化砷材料动态学过程的研究

3.3 本章小结

4 飞秒脉冲激光与硫化砷玻璃材料相互作用的瞬态研究

4.1 飞秒脉冲激光与硫化砷玻璃相互作用的双温度理论模型研究

4.2 飞秒激光与硫化砷玻璃相互作用的瞬态过程研究

4.2.1 泵浦-探测平台技术的设计与搭建

4.2.2 飞秒激光烧蚀硫化砷材料动态学过程的研究

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢

Abstract of Thesis

摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王红阳

导师: 宋宝安,亓东锋

关键词: 飞秒脉冲激光,硫系玻璃,泵浦探测技术,长周期衍射光栅

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

单位: 宁波大学

分类号: TN249;TQ171.1

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000555

总页数: 68

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飞秒激光烧蚀硫系玻璃表面孔洞结构演化的瞬态研究

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