整形飞秒激光焦点调控铜烧蚀表面形貌的研究

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飞秒激光烧蚀在微纳加工等方面具有广阔的应用前景,飞秒脉冲宽度极短,能够在样品表面实现超精细的烧蚀及加工。脉冲整形技术能够对脉冲的各种性质进行调控,例如产生特定脉冲序列以及使脉冲时域结构发生变化,从而能够满足多种特殊物理过程的研究。本文在采用Sine位相的基础上,还使用了负三次位相及Alpha位相的整形脉冲对多晶Cu进行烧蚀,在组内之前着重研究能量通量对烧蚀形貌影响的基础上,创新性地以焦点位置为角度研究了不同焦点位置对铜表面烧蚀形貌的影响,比较分析了三种能量下不同焦点位置处得到的烧蚀形貌与整形脉冲形状变化的依赖关系,并对内在物理机制进行了解释。采用Sine位相产生的整形三脉冲序列烧蚀多晶铜,重点研究了三个不同焦点位置处通过调控子脉冲间隔导致的烧蚀坑形貌变化以及样品烧蚀区域内外径随不同参数的变化规律。分析发现随能量通量的增加,烧蚀的主导机制也在发生改变,由最低激光能量通量条件下等离子体屏蔽效应为决定烧蚀表面形貌的主导机制逐渐向最高激光能量通量条件下等离子体散焦效应为主导机制过渡。此外,能量通量越大,同一位相条件下激光功率密度越大,样品表面烧蚀区域面积的内外径越大。而采用负三次和Alpha位相整形脉冲序列研究不同焦点位置及不同位相参数对烧蚀形貌的影响时,发现了只有在最高激光能量通量条件下等离子体散焦效应主导烧蚀坑表面形貌,在两个低激光能量通量条件下,等离子体散焦效应对烧蚀坑内径的影响较小,无法形成或只能形成较小的内环强烧蚀结构。随着激光能量通量的增加,通过调节激光焦点与样品表面的位置以及负三次位相及Alpha位相的参数也能优化烧蚀表面形貌。
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