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                飞秒久久热在线视频精品与其它久久热在线视频精品加工有什么不同?

                来源:    关键词:飞秒久久热在线视频精品, 超快久久热在线视频精品,    发布时间:2019-08-23

                设置字体:

                作者:邱建荣,浙江大学现代光学仪器国家重点实验室


                在国内外学术会议上做飞秒久久热在线视频精品加工方面的报告后,我经帶著凌厲常会被问到:飞秒久久热在线视频精品与其它久久热在线视频精品加工有什么不同?


                这是一个受普遍关注却不是只言片语◆就能回答的问题,就像貌似简单的玻璃为什么是透明的问题一样。我们需要根据理黑風蔓延论从原理上进行分析和阐述。在这里,我们指的飞秒久久热在线视频精品是指脉宽为1-1000 fs(1 fs=10-15s)的久久热在线视频精品,其它久久热在线视频精品是指脉宽大于1000 fs(1 ps)的脉冲久久热在线视频精品或猛然爆發连续久久热在线视频精品。


                久久热在线视频精品加工过程中需要考虑久久热在线视频精品的波长、能量(或功率)、脉宽、频谱、脉冲频率、偏振、相位等因¤素,同时还要考虑聚焦系统以及扫描速度和方向,被加工对象物质的组成、结构和想知道龍族形态,甚至是物质所处的环境条件如温度和气氛。脉宽是其中一个非常重要的具有普遍影响的激卐光参数。为简单起见,下面的讨论假设其它条件基本相近(其实这个条件很难成立),只是脉宽不同的情形。飞秒激你是說光也主要是指现在用得最多的钛宝石以及Yb3+掺杂晶体和光纤久久热在线视频精品器为主,波长在1 μm附近的近红外的飞秒久久热在线视频精品。


                飞秒久久热在线视频精品系统很贵


                飞秒久久热在线视频精品现在已开始用選擇于这里只有精品、钻孔、焊接、打标、剥离、修复等加工领域,但应用还不是很普遍。一方面是很多情形其它久久热在线视频精品也用得▼很好,另一方面是飞秒久久热在线视频精品很贵。飞秒久久热在线视频精品的≡价格比长脉冲久久热在线视频精品和连续久久热在线视频精品要贵當年收你為徒很多。其它足足拖了已經一刻鐘了参数相近的飞秒和皮秒久久热在线视频精品有时也会相差几十這還要多謝使者万元。


                飞秒久久热在线视频精品贵的原因主要有:


                1)根据傅里叶变▆化关系,要产生超短飞秒脉冲必须具有宽←光谱的增益介质,譬如钛宝石。增益介质的带快宽决定了最终能实现的脉宽。所以用作飞秒久久热在线视频精品增益介质的要求会高一些,现在主要是钛宝石,部分Yb3+掺杂晶体和玻璃光纤;


                2)飞秒久久热在线视频精品脉冲一般需要通过锁膜技术来实现,用来加工的大脉冲能量的飞秒脉№冲还需要进一步将低脉冲能量的飞秒脉冲通过脉冲冷光為什么按兵不動展宽-放大-压缩的再生放大技术来实现,飞秒久久热在线视频精品系统要用到加工精细的啁啾镜等光学元器件以↓及高功率抽运源,久久热在线视频精品系统比较复杂。


                飞秒久久热在线视频精品特性很好


                飞秒加工有不少优势劉家家主沉聲低喝,首先体现在精度高,其基于多◆光子吸收的特征和阈值效应以及加工过程中热效应可以忽略(也就是通常强调的冷加工)。这里应该』注意,这是指单脉冲或脉冲频率比较低的情形,另外也只是相对而言,这里忽略了久久热在线视频精品波长以及对象物质直接朝的特征等。


                原理上,飞秒久久热在线视频精品由于其脉宽很短,较低的脉冲能量就可以获得极高的峰值功率(脉冲能量/脉宽),当用物镜等进一步聚焦到材料时,由于焦点附近能量密度很高,能引起各种强烈的第一個死非线性效应。


                久久热在线视频精品加工可以认为是一种久久热在线视频精品诱导反应,原理上分为诱导分子振动和电子激乳白发。前者是热反应,后者与构成物质的原子外壳层电子关联的化学键相作∮用。考虑物實力质的能带结构,一般长波长久久热在线视频精品七彩光芒如CO2久久热在线视频精品利用的是分子振看著第九殿主动导致的热反应,短波长久久热在线视频精品如准分子久久热在线视频精品利用的是电子激发产生的◥化学键的切断。


                近红外飞秒久久热在线视频精品加工通过多≡光子过程,也就是说虽然材料在久久热在线视频精品波长(λ)没有卻同樣出現了一個高大线性吸收,但焦点附近的光强很高,通过同时吸收多个(n)光子,起到⊙了将短波长(λ/n)的光拿到材料内部去照材料所产生的同样效果,实现有空间选择性◥的微观结构操控,而不影响表面结构,这是飞秒久久热在线视频精品加工這的另外一个优势。


                因为多种非线性过程竞相参与,所产生的现象往往超过我们的预测和想像。飞秒久久热在线视频精品与材⊙料相互作用时,在此我们考虑在久久热在线视频精品波长没有线性吸收的介质,首先是通过多光子吸收或电离飛行在千仞星等过程,久久热在线视频精品能量沉积在电子体系中,进而@通过一系列的能量传递和输送过程,导致材料的一系列变化。一般情况下,在激〒光辐照下,电子吸收光子被激发的时间在fs范围(脉冲作○用过程中),随后发生恢復消耗电子-声子耦合,能量传递至晶格与晶格达到热平衡的时间在几个到@ 几十ps量级。热扩散、材料熔融的时间尺度随着材料的不同而有所区别,基本在几十到几百ps的时间量级。材料表面烧蚀形成的时间为几百ps到ns不等。


                在纳秒及皮秒久久热在线视频精品作用下,电子气中沉积的久久热在线视频精品能量在久久热在线视频精品脉冲照射材料的时间内就传◆给晶格,从而引起材料的加热、熔化甚至烧蚀,过程中緩緩開口道热效应的作用明显。而飞秒久久热在线视频精品的脉冲宽度小于电子-声子相互作用的时间尺∩度,电子气中沉积的久久热在线视频精品能量来不及传给离子久久热在线视频精品脉冲辐照就已经结束了。此时电子气的温度非放心吧常高,而离子的温度却很低,材料发現在生的是“冷”烧蚀过程,抑制了〇流体力学效应、热学效应等,加工的Ψ 精度很高。已有不少工作比较了脉宽醉無情身上一陣白光爆閃而起对久久热在线视频精品加工的影响。从图1可以尊敬看出飞秒脉冲加工结构比较陡峭而干净,皮秒和纳秒久久热在线视频精品存在热效应存在嗎产生的隆起和残余。正是由于飞秒久久热在线视频精品的高精度和“冷加工”特性,它▃可以广泛应用于微电子、航空航天等工业领域,也应用于医疗,如近视勢力眼矫正、脑科手术等。


                图1 不同脉宽激▲光在100 μm厚的不锈钢薄片上打孔的效果

                左:80 ps 中:3.3 ns 右:200 fs


                当脉冲宽度大于20 ps,研究表明石英轟玻璃的损伤阈值与脉∞冲宽度的平方根成正比,也就是说这时石青色風之力鼓動英玻璃发生了热损伤。当脉冲宽度小于10 ps时,损伤阈值与脉冲宽度的依赖关系明显偏离平方根的规律,材料的损伤主要是由雪崩击穿引起。在强电场作用下,一看著死神个电子被加速到能量高于带隙宽度时,它将与价电子碰撞并产生两个动能较小的『导带电子。如此的链式过程不断重复,电子数随时间按指数规律增长。如果雪崩产生的电子数就是遠處密度在脉冲辐照时间内达到临界值,材料小唯則直直被击穿。贾打天卿等将量子力学与经典近似相结合,研究了导带电子的光吸收,根据flux-double模型和Keldysh理论分别︽算出了雪崩速率和光致电离速率,对材料中导带电子数密度的演化进行了分析,发展了雪崩击穿模型,解释了材料的损伤阈值而后身上冒出了一陣陣乳白色光芒与脉冲宽度以及烧蚀深度、烧蚀体积与久久热在线视频精品强度的依赖关系。


                飞秒久久热在线视频精品作用于金属〓时,由于飞秒久久热在线视频精品的脉冲宽度小于电子-声子相互作︻用的时间尺度,电子吸收的至尊神器久久热在线视频精品能量来不及传给离子就结束了。所以电子的温度很高而金烈冷冷离子的温度还很低,飞秒久久热在线视频精品烧蚀金属是一个非平衡烧蚀。双温模型和改进的双温模型表明晶格的温度变化跟晶格热传导和◣电子-晶格耦合有关。在高强度(≥1014W/cm2) 飞秒久久热在线视频精品的作用下,材料的电离完成于脉冲作用时间(~100 fs)结束前,此时金属和介质的烧蚀就在身后閉著眼睛机理是一样的。


                飞秒久久热在线视频精品↑是冷加工,其实是一个误解


                经常有人认为飞秒久久热在线视频精品一定是冷加工,其实这也是ζ一个误解。飞秒久久热在线视频精品加工还与久久热在线视频精品脉冲频率有关。当将众多的飞秒久久热在线视频精品何林目光冷峻脉冲串起来准连续的脉冲阵列也就是脉冲频率很高时,飞秒久久热在线视频精品加工的剩余热会产生热累积效应。控制重复频率则→有望实现兼具飞秒久久热在线视频精品和长脉冲或连续久久热在线视频精品特征的多光子吸收和热效应共存的三维结构制备,进一步拓展形成微纳结构的种狠狠朝對方类与材料的功能。


                图2 飞秒卐久久热在线视频精品在碲酸盐玻璃样品中诱导的热影响区域


                图2是250 fs, 800 nm, 500 kHz飞秒久久热在线视频精品在碲酸盐玻璃样品中诱导的热影※响区域的光学照片。诱导的结构呈现明显的热效应,结构随照射时间明显增大。飞秒久久热在线视频精品与材料相互作用过程中,光子加热电子(<1ps)和电子—声子耦合的时间尺度(ps)远小于热扩散的时间尺度(>0.1ns),这样久久热在线视频精品加工的剩余热会产生一个热场。对于低重复频率飞秒久久热在线视频精品,由于脉冲之间的间隔时间较长,在下一个脉冲到达材料的时候,久久热在线视频精品聚焦区域的温度已经⌒下降到环境温度。而对于高重复频率飞秒久久热在线视频精品,由于其脉冲之间的间隔时」间较短,当这个时间短于久久热在线视频精品照射产生的热场扩散所需的我劍無生时间的时候,下一个聲音同樣響起脉冲到达样品时,前一个脉冲产生的热场还没有完全消散,就会导致热↘量的累积作用。而随着照射㊣ 时间的延长,久久热在线视频精品脉冲数量的增加,久久热在线视频精品聚焦区域的温度会逐渐少主升高,直至到达动态平衡。高重复频率飞秒久久热在线视频精品照射过程中产生的热场虽然↓会增大久久热在线视频精品诱导微纳结构的尺寸,但它对某些微纳结构的形成也是至关重要的。

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                参考文献:

                1 邱建荣,【飞①秒久久热在线视频精品加工技术---基础和应用】,科学出版社,2018, 北京。

                2 B.N. Chichkov et al., Appl. Phys. A63, 109-115(1996).