Ar环境下脉冲激光烧蚀粒子阻尼系数的空间分布

在10 Pa的Ar环境气体中,采用脉冲激光烧蚀技术,分别在半径为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0 cm的半圆环不同角度处的衬底上制备了一系列含有纳米晶粒的Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对其表面形貌和微观结构进行分析表征。结果表明,纳米Si晶粒的平均尺寸和烧蚀粒子的阻尼系数均相对于羽辉轴向呈对称分布,并随着与羽辉轴向夹角的增大而减小;同时,随着衬底半径的增加,晶粒平均尺寸和阻尼系数均逐渐减小。     

外加气流对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的影响

提出一种控制脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的新方法。在10Pa的Ar环境中,采用脉冲激光烧蚀高阻抗单晶硅靶沉积制备了纳米Si晶薄膜。在羽辉正上方2.0cm,距靶0.3～3.0cm范围内的不同位置引入氩气流,在烧蚀点正下方2.0cm处水平放置单晶Si(111)衬底来收集制备的纳米Si晶粒。利用扫描电子显微镜观察样品表面形貌,并对衬底不同位置上纳米Si晶粒进行统计。结果表明:在不引入气流时,晶粒的尺寸随靶衬间距的增加先增大后减小,晶粒尺寸峰值出现在距靶1.7cm处;引入气流后,晶粒尺寸分布发生变化,在距靶1.7cm引入气流时晶粒尺寸峰值最大,在距靶3.0cm引入气流时晶粒尺寸峰值最小,且出现晶粒尺寸峰值的位置随着引入气流位置的增加而增大。     

外加气流对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的影响

提出一种控制脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的新方法。在10 Pa的Ar环境中,采用脉冲激光烧蚀高阻抗单晶硅靶沉积制备了纳米Si晶薄膜。在羽辉正上方2.0 cm,距靶0.3～3.0 cm范围内的不同位置引入氩气流,在烧蚀点正下方2.0 cm处水平放置单晶Si（111）衬底来收集制备的纳米Si晶粒。利用扫描电子显微镜观察样品表面形貌,并对衬底不同位置上纳米Si晶粒进行统计。结果表明：在不引入气流时,晶粒的尺寸随靶衬间距的增加先增大后减小,晶粒尺寸峰值出现在距靶1.7 cm处;引入气流后,晶粒尺寸分布发生变化,在距靶1.7 cm引入气流时晶粒尺寸峰值最大,在距靶3.0 cm引入气流时晶粒尺寸峰值最小,且出现晶粒尺寸峰值的位置随着引入气流位置的增加而增大。     

Ar环境气压对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒平均尺寸的影响

采用XeCl脉冲准分子激光器，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在1—500 Pa的Ar气环境下沉积制备了纳米Si薄膜. x射线衍射谱测量证实，纳米Si晶粒已经形成.利用扫描电子显微镜观测了所形成纳米Si薄膜的表面形貌，结果表明，随着环境气压的增加，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸增大，气压为100 Pa时达到最大值20 nm，而后开始减小. 从晶粒形成动力学角度，对实验结果进行了定性分析. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 表面形貌     

激光烧蚀冲量耦合系数解析计算模型

利用激光清除空间碎片被认为是一种可行手段,冲量耦合系数是数值计算空间碎片清除效果的重要参数。建立了激光烧蚀冲量耦合系数解析计算模型,引入电离度参数,将气化机制与等离子体机制两种机制下的冲量耦合系数解析计算模型联系起来,建立统一的耦合系数解析模型。以空间碎片常见材料Al为例,计算得到冲量耦合系数、电离度、激光功率密度三者之间的变化关系。随着激光功率密度的增加,气化机制逐渐向等离子体机制过渡,电离度增加,直至完全电离,冲量耦合系数先增加后减少,并且在等离子机制占主导情况下达到最优冲量耦合。     

激光烧蚀冲量耦合系数解析计算模型

利用激光清除空间碎片被认为是一种可行手段,冲量耦合系数是数值计算空间碎片清除效果的重要参数。建立了激光烧蚀冲量耦合系数解析计算模型,引入电离度参数,将气化机制与等离子体机制两种机制下的冲量耦合系数解析计算模型联系起来,建立统一的耦合系数解析模型。以空间碎片常见材料Al为例,计算得到冲量耦合系数、电离度、激光功率密度三者之间的变化关系。随着激光功率密度的增加,气化机制逐渐向等离子体机制过渡,电离度增加,直至完全电离,冲量耦合系数先增加后减少,并且在等离子机制占主导情况下达到最优冲量耦合。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点,建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×108 W/cm2的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm,蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大,温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出,在靶面附近区域,Ge的1阶电离始终占优势;在中心区域,脉冲作用时间内,Ge的2阶电离率比1阶电离率大,脉冲结束后,Ge的2阶电离率下降,1阶电离率逐渐变大。     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

 针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点,建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×10⁸ W/cm²的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm,蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大,温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出,在靶面附近区域,Ge的1阶电离始终占优势;在中心区域,脉冲作用时间内,Ge的2阶电离率比1阶电离率大,脉冲结束后,Ge的2阶电离率下降,1阶电离率逐渐变大。     

脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展

脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。     

脉冲激光制备薄膜材料的烧蚀机理

研究了脉冲激光烧蚀靶材的整个过程.从包含热源项的导热方程出发，利用适当的动态边界条件，详细研究了靶材在熔融前后的温度分布规律，并且给出了熔融后的固、液分界面的变化规律.熔融后的温度演化规律和固液相界面均以解析表达式的形式给出.还根据能量平衡原理给出烧蚀面位置随时间的变化规律.以硅靶材为例计算模拟了激光烧蚀的整个过程，与实验结果符合较好. 关键词： 脉冲激光 烧蚀面 熔融 温度演化     

Pressure ranges of velocity splitting of ablated particles produced by pulsed laser deposition in different inert gases

The transport of ablated particles produced by single pulsed-laser ablation is simulated via Monte Carlo method. The pressure ranges of velocity splitting of ablated particles in different inert gases are investigated. The result shows that the range of velocity splitting decreases with the atomic mass of the ambient gas increasing. The ambient gas whose atomic mass is more than that of Kr cannot induce the velocity splitting of ablated particles. The results are explained by the underdamping model and the inertia flow model.     

脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核气压阈值及动力学研究

采用脉冲激光烧蚀技术,在室温、低压Ar气条件下通过改变气体压强及靶与衬底间距,对纳米Si晶粒成核的气压阈值进行了研究.根据扫描电子显微镜图像、拉曼散射谱和X射线衍射谱对制备样品的表征结果,确定了在室温、激光能量密度为4 J/cm²、靶与衬底间距为3 cm条件下形成纳米Si晶粒的阈值气压为0.6 Pa.结合流体力学模型和成核分区模型,对纳米晶粒的成核动力学过程进行了分析.通过Monte Carlo数值模拟,表明在气相成核过程中,烧蚀Si原子的温度和过饱和密度共同影响着纳米晶粒的成核. 关键词： 脉冲激光烧蚀 成核 气压阈值 Monte Carlo数值模拟     

电场中不同能量密度激光烧蚀制备纳米硅晶粒分布特性

在室温和10 Pa氩气环境中,引入平行于靶面方向的直流电场,通过改变脉冲激光能量密度烧蚀单晶硅靶,在与羽辉轴线呈不同角度的衬底上沉积纳米硅晶薄膜。利用扫描电子显微镜和拉曼散射谱对沉积样品进行分析,结果表明：随着激光能量密度的增加,位于相同角度衬底上的晶粒尺寸和面密度逐渐变大;在同一激光能量密度下,零度角处衬底上的晶粒尺寸和面密度最大,且靠近接地极板处的值比与之对称角度处略大。通过朗缪尔探针对不同能量密度下烧蚀羽辉中硅离子密度变化的诊断、结合成核区内晶粒成核生长动力学过程,对晶粒分布特性进行了分析。     

液相激光烧蚀合成ZnO及Zn/ZnO纳米颗粒及其光致发光性能

利用532 nm脉冲激光对沉浸在去离子水及十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中的金属锌靶进行液相激光烧蚀,合成了ZnO纳米颗粒和Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子. 应用X射线衍射仪,透射电子显微镜,紫外可见光分光光度计和荧光光度计表征产物的微观结构和光学性能,并探讨其形成机理. 结果表明:在去离子水中分别烧蚀2 h和4 h生成的ZnO纳米粒子的平均粒径分别为43 nm和19 nm. 激光的长时间作用可以使纳米粒子粒径减小. 在0.005 mol/L的SDS水溶液中合成了Zn/ZnO核壳结构的纳米粒子,这是由于S 关键词： 脉冲激光烧蚀 ZnO纳米粒子 核壳结构 光致发光     

Metal absorptivity in femtosecond pulsed laser ablation

In this paper, the effect of the absorptivity of metal on femtosecond pulsed laser ablation is investigated. The formulas for the absorptivity depending on target temperature are derived from Maxwell Equations and the Lambert-Beer’s law. Based on this, a new two-temperature model is proposed to describe the femtosecond pulsed laser ablation with metal. Then, using Au as an example, a finite difference method is employed to simulate the space-dependent and time-dependent absorptivity and the target temperature. The temperature evolution of our model is compared with the result obtained form the heat conduction model taking the absorptivity as constant. It is shown that the absorptivity plays an important role in the femtosecond pulsed laser ablation. The results of this paper are helpful in choosing the best technical parameters in femtosecond pulsed laser ablation.