【摘 要】
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本文对单脉冲飞秒激光加工熔融石英进行了理论和实验研究，在追踪自由电子密度、温度和激光强度时空分布的基础上，量化了飞秒激光辐照熔融石英的电子动力学及瞬态材料光学和热物理的演变过程。通过将理论预测的烧蚀阈值、深度及轮廓，和实验结果进行比较，发现了理论预测结果与实验测量结果较好吻合，验证了本文所提出的理论模型的有效性。并进一步通过理论模型，揭示了在不同飞秒激光能量密度（也称“激光通量”）和脉冲持续时间（
【机 构】
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北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造研究所
【基金项目】
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国家自然科学基金（批准号：51705234）；
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本文对单脉冲飞秒激光加工熔融石英进行了理论和实验研究，在追踪自由电子密度、温度和激光强度时空分布的基础上，量化了飞秒激光辐照熔融石英的电子动力学及瞬态材料光学和热物理的演变过程。通过将理论预测的烧蚀阈值、深度及轮廓，和实验结果进行比较，发现了理论预测结果与实验测量结果较好吻合，验证了本文所提出的理论模型的有效性。并进一步通过理论模型，揭示了在不同飞秒激光能量密度（也称“激光通量”）和脉冲持续时间（也称“脉冲宽度”）的辐照下，光致电离和碰撞电离中的自由电子弛豫时间演变规律，发现了自由电子弛豫时间对材料光学性质的演变和飞秒激光能量吸收过程起着至关重要的作用。理论模拟和实验测量均发现激光能量密度对烧蚀坑的形状有很大影响，即在激光能量密度略高于烧蚀阈值时烧蚀体积与激光能量密度呈线性关系。相较于皮秒激光而言，在飞秒激光辐照下烧蚀体积随着激光能量密度的增加而增大更为明显。因此，本文提出在略高于烧蚀阈值时可获得较高的加工效率，而在远大于烧蚀阈值时可获得良好的可重复性加工。
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