重频脉冲激光与物质相互作用研究现状进展_毕业论文

毕业论文移动版

毕业论文 > 研究现状 >

重频脉冲激光与物质相互作用研究现状进展

重频脉冲激光与连续激光相比,在输出相同功率的情况下,重频激光能提供很高的峰值脉冲功率,从而可使材料在较短时间内产生较高温升。国内外研究学者通过实验和数值计算等方法对重频脉冲激光与材料相互作用的进行了部分研究。87481

1999年,Rode A V等人首次提出基于高重频短序列脉冲的脉冲沉积技术,且从理论和实验上证明了与传统低重频短脉冲沉积技术(脉宽为纳秒级,频率约为10Hz)相比,高重频短序列脉冲激光能有效防止薄膜制备过程中的颗粒喷溅的问题,有效提高沉积的速率,从而使 制备出的薄膜性能更加优越[3。4]。随后,他们又对波长1。064m,平均功率42W,脉宽120ns频率为2-25kHz可调的调Q 型ND:YAG激光进行了探索与研究 ,分别在真空和氩气环境下,得到玻璃碳的激光烧蚀过程中的蒸气羽流动规律,并给出了表面透明蒸汽转变为等离子体的阈值论文网,计算出表面的蒸发和沉积速率。进一步证实了高重频脉冲激光在制备薄膜和其他纳米结构材料方面具有很好的优势[5]。2003年,Schaffer C B等人通过高重频飞秒激光(频率25MHz,脉宽30fs,单脉冲能量为5nJ)改变透明材料的折射率,从而形成一个独立的三维结构。同时分析得到材料折射率的改变是由于局部受照区对高重频激光的非线性吸收引起的热量累积造成的[6]。2004年,Klimentov S M等人在气体环境中,对重频(频率为5Hz-200KHz)纳秒级激光对金属的烧蚀微加工进行研究,发现当重复频率高于4kHz时,序列脉冲激光在空气中的烧蚀效果与单脉冲激光在真空中的烧蚀效果相同,甚至优于单脉冲,并结合实验结果分析了原因[7]。2006年,Brygo F等人便发现尚没有研究对激光重复频率这一参数开展深入研究,于是通关建立理论模型进行数值模拟发现在波长与脉宽固定的情况下,烧蚀油漆的能量阈值由重复率以及重频激光作用在材料上的脉冲个数所决定。在重复率较高的条件下,由于作用在材料上的激光脉冲个数增加,其能量阈值会显著降低[8]。同年,我国科学家刘全喜等人灵活运用有限元分析法,考查了在脉宽为200ns、波长为1064nm的重复频率激光照射下,半导体材料InSb内部的温度变化以及热应力分布,分析验证了因为温升效应而导致的材料的毁伤与破坏类型,较为深入的讨论了材料的热熔融损伤以及热应力损伤阈值与激光光斑大小、脉宽、重复频率、以及脉冲个数等各种参数之间的变化关系[9]。2008年,我国陈彦北教授等人针对激光能量的时间与空间分布的情况对于金属基体材料热作用效果的影响建立了有限元模型,分析并比较了平均功率相等的连续激光和不同重复频率的长脉冲激光(激光脉宽1 ms,脉冲频率分别为25 Hz、50 Hz、100 Hz和250 Hz)作用在Al板上Al板气化前的热作用,研究结果表明重频激光对于Al基体的热作用效果要优于连续激光,且重频激光对Al基体的热作用效果随着激光频率的减小出现显著增加;随着作用在材料上的激光频率的增加,重频激光与连续激光对于材料的作用效果越来越近似[10]。2009年,国防科技大学焦路光教授等人对二维情况下使用组合激光照射45#钢靶造成的温升效应进行了仿真模拟,模拟结果说明了平均功率密度相同时,组合激光对钢靶的加热效率要更高于连续激光,同时还表明组合激光中重复频率激光的各种参数对加热效率也有影响,模拟中控制重频激光的峰值功率不变,且保持占空比为1%时,其对钢靶的加热效率随着重复频率的增大而减小[11]。2011年,Flavio O。 Leme等人对脉冲重复频率和脉冲数对纳秒红外激光诱导击穿聚丙烯和高密度聚乙烯的光谱的影响进行了分析[12]。2012年,Zhang J等人使用高重频紫外激光(频率300kHz,脉宽25ns)照射致溶胶凝胶衍生金属氧化物薄膜,使其退火,对激光加热过程进行了数值模拟,而且这些激光退火后的薄膜分别由AFM,SEM,TEM和拉曼光谱进行了表征[13]。2015年, Chen J等人基于激光致表面产生热透镜效应测量吸收率变化来实时监测紫外高重频激光(脉宽20ns,频率100kHz)致熔融石英毁伤过程[14]。实验结果表明,在发生物理性损伤之前激光就已经对靶材造成毁坏,而这一现象主要是由长时间的热累积效应以及激光作用过程之中靶材对激光能量吸收率的增大引起的。  (责任编辑:qin)