飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究

作     者：邵俊峰 郭劲 王挺峰 Shao Junfeng;Guo Jin;Wang Tingfeng

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室长春吉林130033 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2014年第43卷第8期

页      面：2419-2424页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0704[理学-天文学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：激光与物质相互作用国家重点实验室自主基金课题(SKLLIM-1303) 

主　　题：双温模型 非热损伤 损伤积累 飞秒激光 单晶硅 

摘      要：理解超短激光与材料的相互作用过程与机理是开展超短激光加工等工程应用的基础。首先引入电子激发项、双光子吸收、俄歇复合项等改进双温,使其较准确地适应于飞秒激光与半导体硅材料的相互作用过程。然后,分析了热损伤效应和非热损伤效应的影响。最后,开展了双脉冲飞秒激光与硅的相互过程研究,并分析了电子密度、晶格温度对于损伤积累效应的影响。理论模型得到单脉冲激光损伤阈值为0.25 J/cm2,此时主要表现为热损伤;当入射能量密度大于0.53 J/cm2时,主要表现为非热损伤。双脉冲激光作用表明,脉冲间隔不大于100 ns(激光重频10 MHz)表现出明显的热积累效应,并显著降低损伤阈值。此时,第一个脉冲造成的电子密度升高(≤1026/m3)对损伤的贡献较小;而第一个脉冲引起的晶格温升将导致极高的电子激发以及晶格温升(≥800 K),对损伤起主要贡献作用。该研究对于激光微加工、激光防护等领域具有参考意义。