飛秒激光微精細加工—微量物質轉移研究.pdf

1、本論文對金屬薄膜飛秒激光誘導向前轉移（fs-LIFT）規(guī)律進行了系統(tǒng)的實驗研究。并理論研究了飛秒激光與金屬材料作用的規(guī)律。論文的主要內容包括： 一、采用雙溫模型對飛秒激光燒蝕金屬材料的三維溫度場進行了數值模擬。計算了銅、鋁兩種材料的單脈沖飛秒激光燒蝕能量閾值，電子-晶格能量耦合時間，以及材料開始燒蝕時間隨單脈沖飛秒激光能量變化的規(guī)律等。并計算得到了銅材料的燒蝕半徑、燒蝕深度隨單脈沖飛秒激光能量變化的規(guī)律。模擬結果表明，隨著單脈沖

2、飛秒激光能量的增加，材料燒蝕引起的噴射出現的越早，完成燒蝕所用時間越長。同時，材料燒蝕孔半徑、深度增加，最終達到飽和。 二、首次系統(tǒng)地實驗研究了飛秒激光誘導銅薄膜前向轉移，并取得了重要進展。包括：1）.銅薄膜fs-LIFT能量閾值實驗研究。實驗分別獲得了厚度為40、80及450nm銅薄膜的fs-LIFT能量閾值。分析認為：在閾值能量時，較薄銅“源”膜的自由表面處于熔融態(tài)，而較厚銅“源”膜的自由表面處于固態(tài)；材料主要以液態(tài)形式轉移

3、。2）.銅薄膜fs-LIFT沉積點尺寸與激光能量、“源”膜厚度的關系研究。實驗結果表明：在閾值能量時，不存在“源”膜厚度越小，沉積點尺寸越小的規(guī)律。3）.激光能量對fs-LIFT沉積點形貌影響的實驗研究。實驗結果表明：當激光能量相對較小，剛達到閾值能量附近時，沉積點呈現滴的形貌：隨著能量的增加，沉積點呈現出島狀的形貌；對于較高的能量，沉積點呈現出環(huán)狀形貌。4）.接收距離對fs-LIFT沉積點形貌、尺寸影響的實驗研究。實驗結果表明：在接收

4、距離為幾十個微米的范圍內，當銅膜厚度相對較薄時，沉積點的直徑與接收距離成反比；而當銅膜厚度相對較厚時，沉積點的直徑與接收距離成正比。 三、實驗研究了飛秒激光誘導鋁薄膜前向轉移的規(guī)律，并取得了重要進展。包括：得到了兩種不同厚度鋁薄膜的fs-LIFT能量閾值，沉積點的尺寸、形貌隨激光能量變化的規(guī)律等。并實驗研究了激光聚焦位置對沉積點形貌、尺寸的影響。 四、實驗研究了利用fs-LIFT技術制作線陣及微圖形時，飛秒激光燒蝕點的點