脉冲高能准分子激光烧蚀块靶产生等离子体的动力学过程的差分模拟

利用质量连续性、动量守恒和能量守恒这三个基本方程,研究高能脉冲激光照射块状靶材产生等离子体的物理特性。采用差分法和Pichard迭代法,求解带特定边界条件的流体力学三方程,得出已喷射等离子体的温度、密度和速度的分布的迭代方程,并用计算机进行了数值模拟。     

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。     

脉冲激光烧蚀空气中金属靶产生等离子体的性质

当１．０６μｍ和脉宽为１０ｎｓ、功率密度为９．３×１０９ｗ／ｃｍ２的脉冲激光作用在大气中的金属靶面上时，将产生等离子体。研究了它从２００ｎｍ～８８０ｎｍ间的空间、时间分辨谱，用飞行时间诊断方法得到了等离子体中被激发的核素的速度、电子密度和电子温度等特征数据     

飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律. 关键词： 飞秒激光 脉冲激光烧蚀 等离子体 发射光谱     

脉冲激光烧蚀块状靶材的双动态界面研究

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并与已有的理论和实验结果进行比较.最后以铝靶为例计算模拟了激光烧蚀的全过程计算. 关键词： 脉冲激光 等离子体 固液相界面 烧蚀面     

激光烧蚀Cu靶产生等离子体紫外段发射光谱的研究

利用波长532nm,脉宽15ns的Nd:YAG 激光器作用于Cu靶上,研究了产生等离子体的紫外段（180 nm～300 nm）发射光谱。在局部热力学平衡条件下,采用Boltzmann图表法估算了等离子体的电子温度,得到了电子温度随时间和空间的变化,以及电子温度随激光能量密度的变化。结果显示,随着激光能量的变化,电子温度有一个极大值。随着时间的发展,电子温度先减小,而后增大,接着缓慢减小。随着距靶面距离的增加,电子温度呈下降趋势。     

激光烧蚀Cu靶产生等离子体紫外段发射光谱的研究

利用波长532nm,脉宽15ns的Nd:YAG 激光器作用于Cu靶上,研究了产生等离子体的紫外段（180 nm～300 nm）发射光谱。在局部热力学平衡条件下,采用Boltzmann图表法估算了等离子体的电子温度,得到了电子温度随时间和空间的变化,以及电子温度随激光能量密度的变化。结果显示,随着激光能量的变化,电子温度有一个极大值。随着时间的发展,电子温度先减小,而后增大,接着缓慢减小。随着距靶面距离的增加,电子温度呈下降趋势。     

不同气压背景下激光烧蚀Al靶产生等离子体特性分析

用时间和空间分辨诊断技术研究了脉冲激光烧蚀不同气压环境下金属Ａｌ靶过程中产生的等离子体羽的特性。     

飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断

采用脉冲数字显微全息技术,对50 fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400 nm探测光所引起的干涉条纹的反常移动现象.通过对全息图进行数字再现,得到了不同延迟下探测光穿过等离子体后的二维相位分布,并运用逆Abel变换算法获得了等离子体折射率以及等效电子密度的时空演化动态过程.根据实验以及计算所得到的有关于喷射物的光学性质,对喷射物的结构和成分进行了分析. 关键词： 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 等离子体     

脉冲激光制膜过程中等离子体演化规律的研究

利用有限差分法对脉冲激光沉积(PLD)技术制备KTa065Nb035O3(KTN)薄膜过程中等离子体在等温和绝热两个阶段的速度演化进行了模拟，并给出了其中主要粒子在空间的具体演化规律，对等离子体在空间膨胀的物理机制，进行了深入的讨论，给出了相应演化过程的物理图像，并揭示了等离子体羽辉在膨胀过程中呈现椭球外形的内在原因.     

脉冲激光沉积动力学研究进展

脉冲激光沉积技术是现代常用的先进薄膜材料制备技术之一.文章在简要介绍脉冲激光沉积技术及其进展的基础上,较全面地介绍了脉冲激光沉积动力学的基本物理图像和动力学构架,深入地探讨了激光烧蚀靶材过程、等离子体膨胀过程和薄膜沉积过程的动力学规律,阐述了我国学者在脉冲激光沉积动力学研究方面的贡献,例如包括脉冲激光沉积三个工艺过程自洽的统一模型,等离子体膨胀的冲击波模型,基于局域能量动量守恒定律的新等离子体演化动力学模型,包括热源项、蒸发项、等离子体屏蔽效应和动态物性参数的烧蚀热传导模型,考虑电子碰撞效应和能带结构变化的修正双温模型,能统一描写从纳秒级到飞秒级脉冲激光烧蚀规律的统一双温模型等.     

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.      

Growth and characterization of pulsed laser deposited ZnO thin films

One of the most important and promising materials from metal oxides is ZnO with specific properties for near UV emission and absorption optical devices. The properties of ZnO thin films strongly depend on the deposition method. Among them, pulsed laser deposition (PLD) plays an important role for preparing various kinds of ZnO films, e.g. doped, undoped, monocrystalline, and polycrystalline. Different approaches — ablation of sintered ZnO pellets or pure metallic Zn as target material are described. This contribution is comparing properties of ZnO thin films deposited from pure Zn target in oxygen atmosphere and those deposited from sintered ZnO target. There is a close connection between final thin film properties and PLD conditions. The surface properties of differently grown ZnO thin films are measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, different approaches — ablation of sintered ZnO pellet or pure metallic Zn as target materials are described. The main results characterize typical properties of ZnO films versus technological parameters are presented. Presented at 5-th International Conference Solid State Surfaces and Interfaces, November 19–24, 2006, Smolenice Castle, Slovakia     

Silver nanoparticles generated by pulsed laser ablation in supercritical CO2 medium

Pulsed laser ablation (PLA) has been widely employed in industrial and biological applications and in other fields. The environmental conditions in which PLA is conducted are important parameters that affect both the solid particle cloud and the deposition produced by the plume. In this work, the generation of nanoparticles (NPs) has been developed by performing PLA of silver (Ag) plates in a supercritical CO₂ medium. Ag NPs were successfully generated by allowing the selective generation of clusters. Laser ablation was performed with an excitation wavelength of 532 nm under various pressures and temperatures of CO₂ medium. On the basis of the experimental result, both surface of the irradiated Ag plate and structure of Ag NPs were significantly affected by the changes in supercritical CO₂ pressure and temperature. With increasing irradiation pressure, plume deposited in the surrounding crater created by the ablation was clearly observed. In Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) the image of the generated Ag NPs on the silicon wafer and the morphology of Ag particles were basically a sphere-like structure. Ag particles contain NPs with large-varied diameter ranging from 5 nm to 1.2 μm. The bigger Ag NPs melted during the ablation process and then ejected smaller spherical Ag NPs, which formed nanoclusters attached on the molten Ag NPs. The smaller Ag NPs were also formed around the bigger Ag NPs. Based on the results, this new method can also be used to obtain advanced nano-structured materials.     

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。     

双束探测光测量激光等离子体动量

提出了一种对激光等离子产生的靶速度进行测量的新方法。该方法除了对烧蚀靶的速度进行直接测量外,而且测量结果不受靶宽度及探测光束的影响。与理论值相比,该方法的实验测量误差小于2%。此外,利用该测量方法对激光烧蚀不同温度下液体水的动量进行了测量,结果发现随水温度的降低,产生的动量呈现增加趋势。