1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

 通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

强脉冲CO_2激光对红外材料的破坏现象

实验表明强激光对红外材料的破坏分为两种类型:烧蚀和冲击破坏。在空气中,光功率密度低于大气的光学击穿阈值时,以烧蚀为主。超过击穿阈值时,冲击破坏是主要的。在我们的实验条件下,用强激光辐照红外脆性材料的靶,靶极易产生微裂纹或粉碎性破坏,其破坏效果与激光的脉冲能量、功率密度、脉冲宽度,以及着靶面积有关。为了直观,文中给出了不少辐照损伤的照片。     

强脉冲CO2激光对红外材料的破坏现象

实验表明强激光对红外材料的破坏分为两种类型:烧蚀和冲击破坏。在空气中,光功率密度低于大气的光学击穿阈值时,以烧蚀为主。超过击穿阈值时,冲击破坏是主要的。在我们的实验条件下,用强激光辐照红外脆性材料的靶,靶极易产生微裂纹或粉碎性破坏,其破坏效果与激光的脉冲能量、功率密度、脉冲宽度,以及着靶面积有关。为了直观,文中给出了不少辐照损伤的照片。 关键词：     

光伏型光电探测器的激光软损伤机制

 对激光辐照功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值（中等功率的激光）时光伏型光电探测器的软损伤进行了理论研究，提出了一种新机制。当激光辐照功率密度超过探测器的饱和阈值以后，载流子的带间跃迁达到深度饱和，在半导体内产生热载流子且热载流子的温度高于晶格的温度，从而导致了光伏型光电探测器的电压输出信号随着辐照光功率密度的增加而下降直到零压输出的现象。对激光辐照下光伏型HgCdTe探测器的输出信号进行了模拟计算，结果表明，辐照光功率密度处于一定范围内探测器的输出信号随着辐照光功率密度的增加而逐步下降，甚至接近于零，与实验结果相符合。     

1 319 nm连续激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

实验测定了离体人皮肤组织在1 319 nm连续Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,研究了激光辐照功率密度和作用时间对皮肤组织温升分布的影响.结果表明,皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照功率密度以及作用时间密切相关;激光输出功率密度15.80 W/cm2时安全辐照时间阈值为120 s,功率密度48.92 W/cm2时安全辐照时间阈值为6 s.     

重频激光作用下碳纤维/环氧树脂复合材料热损伤规律

 运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段,分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式,研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响。研究结果表明：在激光辐照过程中,复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解;由于裂解气体的保护作用,碳纤维不发生氧化,而是在汽化点（3 300 ℃）汽化烧蚀;复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大,随辐照时间增加而减小,最终均趋于定值;增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度,降低碳纤维损伤的功率密度阈值。     

强激光脉冲与透明固体相互作用机制

本文论述了光学元件激光辐照损伤的标准,从光子与声子相互作用的机制出发,导出了固体材料的能量吸收速率;解热传导方程,求出材料温升及温升率,以SiO2为例,得出激光阈值功率密度随脉冲时间的变化规律。理论计算与实验基本符合。     

激光辐照InSb(PV)型探测器的热损伤

 在建立高斯型连续激光辐照InSb(PV)型探测器物理模型的基础上，采用近似解析解的形式计算了圆柱形InSb靶板的2维温度场。通过数值分析得出了在激光辐照时，InSb(PV)型探测器的温升与时间的关系，并计算出相应的损伤阈值。研究表明：在强激光连续辐照下，半导体材料InSb会发生熔融损伤，且最早发生于迎光面的光斑中心，激光的功率密度越高，造成破坏所需要的时间越短；对于一定厚度胶层的InSb(PV)型探测器，只有强度大于一定阈值的连续激光辐照才可能发生熔融损伤，越薄的胶层对应的损伤阈值越大。为了增加InSb(PV)型探测器抗激光辐照能力，应该减小胶层厚度。采用该理论计算得到不同功率下的InSb熔融时间为1.57 s和4.54 s，与实验得到的2 s和 4~5 s基本吻合。     

激光辐照硅、锗材料形成表面波纹实验

随着激光与材料相互作用破坏机理和效应研究的深入，通过大量的实验发现：当激光辐照某些材料表面的功率密度（或能量密度）在损伤阈值附近时，会形成自发的、周期性的、也是永久性的表面波纹。     

Laser-induced structural relaxation in Sb-rich SbGe films

Structural relaxation processes are induced by pulsed laser irradiation in amorphous SbGe thin films with compositions richer in Sb than the eutectics. These processes are studied by means of real-time optical measurements and transmission electron microscopy analytical techniques. The influence of the laser pulse length and the film composition is analysed. The results show that the relaxed amorphous material exhibits different optical properties, density and lower-energy density threshold for crystallisation. A qualitative change in the relaxation mechanism is observed when the composition of the films is slightly changed.     

脉冲激光晶化非晶硅薄膜的有限差分模拟

 根据热传导原理,建立了脉冲激光晶化非晶硅薄膜的理论模型。运用有限差分方法研究了不同激光波长、能量密度等因素对薄膜温度变化及相变过程的影响。计算了不同波长激光器对厚度500 nm非晶硅晶化的阈值能量密度。结果发现,准分子晶化的阈值能量密度最低,但是在同样的能量密度下,熔融深度却不及使用更长波长的激光器。计算并分析了升高衬底温度对结晶速度和晶粒尺寸的影响,模拟结果较好地验证了实验结论和规律。     

基于相似测度算法的激光诱导薄膜损伤表面特征研究

鉴于薄膜激光损伤性能评价是增强抗激光红外观察窗口性能的重要保证,给出薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤表面特性及其机理。实验采用YAG脉冲激光器对TiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。通过CCD采集TiO2薄膜激光辐照前后2幅图像,将这2幅图像进行匹配,建立差异图像测度算法;实验得出TiO2薄膜样片的差异能量测度可判别出损伤情况,即测度值M＜0.1为未发生损伤,0.1＜M＜0.2为轻度损伤,0.2＜M＜0.5为中度损伤,M＞0.5为严重损伤。薄膜样片经过能量密度为0.5 J/cm2的激光辐照后粗糙度明显增大。研究结果表明,采用激光辐照前后图像匹配的测试方法可实现薄膜激光损伤与否的判别。     

脉宽对中红外激光带内损伤HgCdTe材料的影响

研究了脉宽对于中红外脉冲激光带内损伤碲镉汞（HgCdTe）材料阈值的影响,使用一维自洽模型对激光辐照HgCdTe材料程中的载流子数密度,载流子对数目流,载流子对能流,载流子温度和材料晶格温度等相关参数进行仿真计算。仿真结果表明,波长2.85 μm,脉宽30 ps～10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值为200～500 mJ/cm2。其中,300 ps～3 ns脉冲激光的损伤阈值相近,均为200 mJ/cm2且低于其他脉宽激光的损伤阈值。搭建实验光路并进行相关实验验证仿真模型的正确性。实验发现,波长2.85 μm、脉宽300 ps的单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值在200 mJ/cm2左右。相同条件下,10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值约474 mJ/cm2。百皮秒脉冲激光对HgCdTe材料的损伤过程结合了热击穿和光学击穿效应,其独特的毁伤机理加剧了材料的损伤。     

碳化硅薄膜脉冲激光晶化特性研究

采用XeCl准分子激光对非晶碳化硅(a-SiC)薄膜的脉冲激光晶化特性进行了研究.通过原子力显微镜（AFM）和Raman光谱技术对退火前后薄膜样品的形貌、结构及物相特性进行了分析.结果表明，选用合适的激光能量采用激光退火技术能够实现a-SiC薄膜的纳米晶化.退火薄膜中的纳米颗粒大小随着激光能量密度的增加而增大；Raman谱分析结果显示了退火后的薄膜的晶态结构特性并给出了伴随退火过程存在的物相分凝现象.根据以上结果并结合激光退火特性，对a-SiC的脉冲激光晶化机理进行了讨论. 关键词： 激光退火 晶化 碳化硅     

脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜的低阈值电抽运紫外随机激射

分别采用直流反应溅射法和脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积ZnO薄膜, 用X射线衍射、扫描电镜、光致发光谱等手段对两种方法沉积的ZnO薄膜的结晶状态、 表面形貌和光致发光等进行了表征. 进一步对比研究了以上述两种方法制备的ZnO薄膜作为发光层的金属-绝缘体-半导体结构器件的电抽运紫外随机激射. 结果表明, 与以溅射法制备的ZnO薄膜作为发光层的器件相比, 以脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜为发光层的器件具有更低的紫外光随机激射阈值电流和更高的输出光功率. 这是由于脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜中的缺陷更少, 从而显著地减少了紫外光在光散射过程中的光损耗. 关键词： 随机激射 ZnO薄膜 脉冲激光沉积 溅射     

Radiation effects and pulsed laser deposition of titanium by Nd:Yag laser

A study of Ti laser irradiation and thin film deposition produced by an Nd:Yag pulsed laser is presented. The laser pulse, 9?ns width, has a power density of the order of 10¹⁰?W/cm². The titanium etching rate is of the order of 1?µg/pulse, it increases with the laser fluence and shows a threshold value at about 30?J/cm² laser fluence. The angular distribution of ejected atoms (neutrals and ions) is peaked along the normal of the target surface. At high fluence, the fractional ionization of the plasma produced by the laser is of the order of 10%. Time-of-flight measurements demonstrate that the titanium ions, at high laser fluence, may reach kinetic energies of about 1?keV. Obtained results can be employed to produce energetic titanium ions, to produce coverage of thin films of titanium and to realize high adherent titanium-substrate interfaces. The obtained results can be employed to produce energetic titanium ions, to produce a coverage of thin titanium films on polymers, and to realize highly adherent titanium–substrate interfaces.     

Structural changes in tin oxide thin film with laser exposure

The effects of laser irradiation on the surface, structure and optical properties of SnO thin films deposited on glass substrates using electron beam evaporation, are investigated. The thin film samples are irradiated using fundamental beam at 1064 nm from Q-switched Nd:YAG pulsed laser with different power densities. Structural morphology of the film is investigated using XRD patterns and AFM image. Both XRD pattern and AFM image show increase in grain size of the film with increasing laser power density. Other optical phenomena, photoluminescence emission, transmission, refractive index determination and optical band gaps calculations are also carried out at various laser power densities. Results from all these investigations reveal expansion in grain size of the crystalline SnO thin film with increasing laser power density.     

UV-Laser Ablation Spectroscopy in Element Analysis of Solid Surface

Laser ablation for the atomic emission spectroscopy of a glass sample is studied using pulsed UV laser systems and the effect of the laser wavelength is investigated. The threshold fluence for ablation is decreased and the detection sensitivity is improved for shorter wavelengths. Furthermore, very thin (less than 1 nm/shot) surface slicing is possible at a wavelength as short as 193 nm. Polymers also show good ablation characteristics. Improvement of sensitivity and spatial resolution by using shorter wavelength laser ablation is discussed for Na detection in a glass sample.     

Excimer laser crystallization of amorphous silicon on metallic substrate

An attempt has been made to achieve the crystallization of silicon thin film on metallic foils by long pulse duration excimer laser processing. Amorphous silicon thin films (100 nm) were deposited by radiofrequency magnetron sputtering on a commercial metallic alloy (N42-FeNi made of 41 % of Ni) coated by a tantalum nitride (TaN) layer. The TaN coating acts as a barrier layer, preventing the diffusion of metallic impurities in the silicon thin film during the laser annealing. An energy density threshold of 0.3 J?cm^?2, necessary for surface melting and crystallization of the amorphous silicon, was predicted by a numerical simulation of laser-induced phase transitions and witnessed by Raman analysis. Beyond this fluence, the melt depth increases with the intensification of energy density. A complete crystallization of the layer is achieved for an energy density of 0.9 J?cm^?2. Scanning electron microscopy unveils the nanostructuring of the silicon after laser irradiation, while cross-sectional transmission electron microscopy reveals the crystallites’ columnar growth.