飛秒激光微納加工中的電子激發(fā)動(dòng)力學(xué).pdf

1、飛秒激光具有超短脈沖寬度（1fs=10-15s）、超高峰值功率的特點(diǎn)，飛秒激光與物質(zhì)作用表現(xiàn)出的非線性和準(zhǔn)熱絕緣特性使其在微納加工領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。飛秒激光可以用于制備高性能微透鏡陣列、納米光柵、三維微通道、浸潤(rùn)性可控表面微結(jié)構(gòu)等先進(jìn)功能元器件，也可以用于制備復(fù)雜的三維集成系統(tǒng)，如微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）和片上實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-chip）等。飛秒激光微納加工中激光與物質(zhì)突出的作用機(jī)制表現(xiàn)為光子-電子-聲子的能量傳輸過(guò)程，其中的電

2、子超快激發(fā)等動(dòng)力學(xué)過(guò)程會(huì)對(duì)材料加工中微區(qū)能量傳輸、非線性光電離、超快相變等瞬態(tài)過(guò)程產(chǎn)生重要影響，因而對(duì)飛秒激光微納加工機(jī)理研究具有非常重要的意義。本文針對(duì)飛秒激光作用金屬和電介質(zhì)材料中的電子激發(fā)動(dòng)力學(xué)開(kāi)展了論文的研究工作，深入探討了飛秒激光作用金屬材料的微尺度時(shí)空溫度場(chǎng)的超快弛豫特性及其規(guī)律，研究了基于熱電子發(fā)射的Au膜燒蝕閾值理論模型，探索了飛秒激光整形脈沖鏈誘導(dǎo)熔融硅材料表面周期納米結(jié)構(gòu)的電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。論文的主要工作如下：

3、　　針對(duì)飛秒激光與金屬作用中的超快熱弛豫過(guò)程，通過(guò)引入傅里葉熱擴(kuò)散機(jī)制，提出了一種時(shí)間序列熱弛豫模型，通過(guò)該模型研究獲得了飛秒激光單脈沖及整形脈沖與金屬作用的跨時(shí)間尺度（飛秒~納秒）的熱弛豫特性及溫度場(chǎng)時(shí)空進(jìn)化特性，并獲得了飛秒激光與多層金屬介質(zhì)作用的溫度場(chǎng)弛豫特性。該研究對(duì)于澄清飛秒激光與金屬作用的超快熱弛豫機(jī)制，進(jìn)而調(diào)控飛秒激光微納加工中的超快加熱過(guò)程具有重要意義。
　　研究了飛秒激光激發(fā)Au膜表面熱電子發(fā)射的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，

4、獲得了不同熱弛豫機(jī)制下的熱電子發(fā)射規(guī)律；在雙溫模型中引入了熱電子發(fā)射表面能損失機(jī)制，提出了飛秒激光燒蝕金屬膜閾值模型，獲得了熱電子發(fā)射對(duì)Au膜電聲弛豫周期的影響規(guī)律，并成功預(yù)測(cè)出不同厚度Au膜的飛秒激光破壞閾值，該研究探明了熱電子發(fā)射與Au膜燒蝕閾值之間的內(nèi)在聯(lián)系，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)激光微加工閾值、優(yōu)化微加工參數(shù)提供了理論支撐。
　　通過(guò)引入非線性電離和表面等離子激元的瞬態(tài)作用機(jī)制，探索了激光與表面等離子激元干涉形成納米周期結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)機(jī)制