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飞秒激光与物质的相互作用一直是人们非常关注的领域。对于低重复频率的飞秒激光,脉冲之间的间隔时间比较长(小于1ms),远大于激光能量被吸收后通过晶格碰撞而形成热扩散的时间(ns),所以热效应往往被忽略,对辐照区域的周围不会产生显著的影响,可以实现高精密度“冷加工”;而对于高重复频率的飞秒激光来说,脉冲之间的时间间隔较短,除了多光子非线性效应外,还会出现脉冲能量的连续沉积进而引发热积累效应,形成从中心到外围的温度梯度场,导致一系列与温度有关的结构变化出现,包括热致熔融、相变等,而这些变化又可能与非线性效应产生的变化交织重组形成多重复合微结构。因此,我们使用250kHz的高重复频率的飞秒激光辐照透明材料,研究这种多重因素综合作用过程。
本文主要是利用250kHz的飞秒激光在透明材料中诱导微结构方面展开研究。研究的内容包括飞秒激光在铌酸盐玻璃内部空间选择性析出铌酸锂微晶、飞秒激光辐照非晶硅薄膜的上下表面,并使辐照区域发生相变。主要内容如下:
1.飞秒激光辐照铌酸盐玻璃
通过使用150fs,800nm,250kHz的飞秒激光脉冲聚焦进Li2O-Nb2O5-SiO2组分的玻璃内部,在激光辐照区域析出微晶,并利用这一现象,成功的在铌酸盐玻璃内部写入晶线、晶环。
2.飞秒激光辐照非晶硅薄膜
我们研究了高重复频率的飞秒激光晶化非晶硅薄膜去除和相变机制,并对薄膜的“下”表面进行辐照,出现了类似“牛顿环”的结构,并对该现象进行了解释。
3.飞秒激光微加工
在激光约束在激光惯性约束聚变研究中,需要制备出符合要求的装载有燃料气体(DT)的靶丸材料,要求对微球充氘氚气体,首先必须在微球上精密打孔。我们把飞秒激光聚焦到靶丸上,成功实现了微球的精密打孔。