激光烧蚀金属表面产生的发射光谱分析

用观测时间和空间分辨发射光谱的方法研究了脉冲激光烧蚀金属铝靶过程中产生的等离子体羽的特性，计算了其膨胀速度，讨论了大气中等离子体点燃的机制。     

纳秒激光烧蚀下液态金属表面微结构的形成

首次发现了在不同保护气体及多脉冲uV—IR激光的照射下,液态金属的微型突起和微结构的形成。测量表明,针对不同的金属和保护气,这种结构的单脉冲生成速率可达（5—20）μm／pulse,形成了长度为1～2mm,直径约为焦点两倍的单个微型突起。最后,介绍了控制微结构形状的可能性,并讨论了它们的应用潜力。     

飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的蚀除机理

结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光脉冲辐照B2结构镍钛合金时烧蚀阈值附近的靶材蚀除机制,数值模拟了中心波长为800nm,脉宽为100fs,能量密度为25~50mJ/cm2的激光与90nm厚B2结构镍钛合金薄膜相互作用过程。确定了脉宽为100fs的脉冲激光与镍钛形状记忆合金相互作用的烧蚀阈值,发现烧蚀阈值条件下,靶材的蚀除机制是单纯基于应力作用的机械破碎;烧蚀阈值附近,未蚀除靶材受热影响发生无序化相变的区域较小,且随激光能量密度的降低而减小。提高激光功率密度,烧蚀同时呈现热机械蚀除和机械破碎机制。     

飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的蚀除机理

结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光脉冲辐照B2结构镍钛合金时烧蚀阈值附近的靶材蚀除机制,数值模拟了中心波长为800 nm,脉宽为100 fs,能量密度为25~50 mJ/cm2的激光与90 nm厚B2结构镍钛合金薄膜相互作用过程。确定了脉宽为100 fs的脉冲激光与镍钛形状记忆合金相互作用的烧蚀阈值,发现烧蚀阈值条件下,靶材的蚀除机制是单纯基于应力作用的机械破碎;烧蚀阈值附近,未蚀除靶材受热影响发生无序化相变的区域较小,且随激光能量密度的降低而减小。 提高激光功率密度,烧蚀同时呈现热机械蚀除和机械破碎机制。     

飞秒激光烧蚀典型金属表面产生冲击波膨胀研究

利用时间分辨阴影成像技术进行飞秒激光烧蚀金属表面研究可以直观获取飞秒激光烧蚀金属表面产生冲击波膨胀过程的图像。通过对比飞秒激光烧蚀金属铝、铜、铁靶表面的冲击波膨胀形式发现:金属铜、铁表面的冲击波均以球面波形式传播;由于受到烧蚀物质喷溅的影响,铝靶表面竖直方向的冲击波传播形式由球面波转化为柱面波。     

飞秒激光对氟化镁烧蚀机理研究

用扫描电镜(SEM)研究了氟化镁在800nm超短脉冲激光作用下的单枪表面烧蚀形貌.根据烧蚀斑面积与激光脉冲能量间的对数关系，测得烧蚀阈值与激光脉宽的关系曲线(55—750fs).计算了导带电子的双光子吸收，改进了多速率方程模型，很好地解释了实验结果. 关键词： 飞秒激光 氟化镁 烧蚀机理 双光子吸收     

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     

纳秒激光烧蚀下液态金属表面微结构的形成(英文)

首次发现了在不同保护气体及多脉冲UV-IR激光的照射下,液态金属的微型突起和微结构的形成。测量表明,针对不同的金属和保护气,这种结构的单脉冲生成速率可达(5～20)μm/pulse,形成了长度为1～2 mm,直径约为焦点两倍的单个微型突起。最后,介绍了控制微结构形状的可能性,并讨论了它们的应用潜力。     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

 利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

A simple theoretical model for evaluating the ability to form a single crystal

A simple theoretical model proposed recently to evaluate the ability of bulk materials to form single crystals is further tested via vast molecular dynamics simulations of growth for fcc (Ni,Cu,Al,Ar) and hcp (Mg) crystals,especially applied to the growth of bcc (Fe) crystal,showing that the validity of the model is independent of crystal types and the interaction potentials of the constitute atoms.     

超短激光蚀除金属机制的分子动力学研究

采用耦合电子热传导方程的分子动力学方法,研究了飞秒激光辐照下金属Ni的熔化及蚀除动力学。分析了靶材内部温度分布特征及蚀除产物的构成,主要包含单个原子及大团簇。确定了断裂位置和蚀除开始的标志,即该处温度分布出现小的峰值,且粒子数密度急剧下降。模拟结果表明：强烈的蒸发及靶材内部所产生的拉应力分别是单个原子及大团簇喷射的机制。同时,深入探讨了激光诱导压力波的传播规律,预测了压力波的波速,约为4.97 km/s。将不同脉冲能量密度下的蚀除速率同实验数据加以对比,结果相差16%~20%。预测了熔深随时间的变化规律,基本随时间的延续而呈上升的趋势。发现过热现象的存在。     

单晶合金激光熔凝过程中晶向对单晶完整性的影响

运用几何模型对单晶合金激光熔凝过程中激光扫描方向与[100]方向夹角ξ变化时熔池内的枝晶生长方向和速度进行了计算,研究了ξ增大时不同晶向区域的分布变化规律.发现随着ξ的增大, 0]区域增大,[010]区域减小,且熔池两边不同部分速度差别增强.根据速度变化规律,构造出了熔池不同部位的过冷区域变化图,说明了可能出现新晶粒的趋势变化,并与实验结果进行了比较,揭示了在晶向不同的交界区域产生新晶粒的内在机理. 关键词： 单晶合金 激光熔凝 晶向 组成过冷     

镍基单晶高温合金界面位错网在剪切载荷作用下的演化

运用分子动力学方法,研究了镍基单晶高温合金γ/γ' 相界面错配位错网在剪切载荷作用下的演化特征.结果表明:(100),(110) 和 (111) 三种相界面形成的位错网在载荷作用下有不同形式和不同程度的损伤,其变形和损伤随温度的增加而增加.在相同的剪切载荷和温度作用下,(100) 相界面形成的正方形位错网最稳定. 关键词： 镍基单晶高温合金 界面位错网 分子动力学     

Influences of KrF laser irradiation on the structure and luminescence of ZnO single crystal

<正>In this paper,we investigate the laser irradiation of ZnO single crystals and its influence on photoluminescence.Our study shows that the photoluminescence of ZnO single crystals strongly depends on surface morphologies.The ultraviolet emissions of laser treated-ZnO under 200 mJ/cm~2 become stronger,whereas for those deteriorated by irradiation above 200 mJ/cm~2,the green emissions centred at 2.53 eV are significantly enhanced with a red-shift to 2.19 eV,probably due to the changes in the charge states of the defects.Enhanced yellow-green emissions are well resolved into four peaks at around 1.98,2.19,2.36,and 2.53 eV due to a shallow irradiation depth.Possible origins are proposed and discussed.     

超短激光蚀除金属机制的分子动力学研究

 采用耦合电子热传导方程的分子动力学方法,研究了飞秒激光辐照下金属Ni的熔化及蚀除动力学。分析了靶材内部温度分布特征及蚀除产物的构成,主要包含单个原子及大团簇。确定了断裂位置和蚀除开始的标志,即该处温度分布出现小的峰值,且粒子数密度急剧下降。模拟结果表明：强烈的蒸发及靶材内部所产生的拉应力分别是单个原子及大团簇喷射的机制。同时,深入探讨了激光诱导压力波的传播规律,预测了压力波的波速,约为4.97 km/s。将不同脉冲能量密度下的蚀除速率同实验数据加以对比,结果相差16%~20%。预测了熔深随时间的变化规律,基本随时间的延续而呈上升的趋势。发现过热现象的存在。     

飞秒激光烧蚀LiNbO3晶体的形貌特征与机理研究

采用了不同能量的单脉冲和多脉冲飞秒激光对LiNbO₃晶体进行烧蚀，并刻蚀了表面衍射型光栅.通过扫描电镜和原子力显微镜观察了烧蚀点的形貌特征，首次发现利用单束飞秒激光脉冲对LiNbO₃晶体烧蚀，可以得到超衍射极限的烧蚀点，当聚焦光斑直径约为2μm、能量为170nJ的单脉冲飞秒激光作用时，烧蚀点的直径约为400nm，100nJ，17个脉冲作用时烧蚀点的直径约为800nm.同时可以观察到在能量较低的多脉冲飞秒激光作用下， LiNbO₃晶体呈现出大约200nm周期性分布的波纹状结构.实验结果表明，选择合适参数的飞秒激光脉冲可以对LiNbO₃晶体进行超衍射极限加工，这对于利用飞秒激光制作LiNbO₃基质的微纳光电子器件有十分重要的意义.     

面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术

目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推动其产业化应用进程的关键.本综述在回顾近年来SiC超精密加工技术研究进展的基础上,重点介绍了一种基于等离子体氧化改性的SiC高效超精密抛光技术,分析了该技术的材料去除机理、典型装置、改性过程及抛光效果.分析结果表明,该技术具有较高的去除效率,能够获得原子级平坦表面,并且不会产生亚表面损伤.同时针对表面改性辅助抛光技术加工SiC表面过程中出现的台阶现象,探讨了该台阶结构的产生机理及调控策略.最后对等离子体辅助抛光技术的发展与挑战进行了展望.