《深亞波長尺度超快雷射誘導固體電離的機制研究》是依託中山大學，由黃敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深亞波長尺度超快雷射誘導固體電離的機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃敏
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
雷射誘導固體破壞一直是雷射與物質相互作用領域的一個研究重點，蘊涵著豐富的物理意義。近十年隨著超快雷射在燒蝕領域的套用，其誘導的各種深亞波長結構引起廣泛關注。但到目前為止，這些奇異結構的形成機制並未完全清楚。這是由於其形成涉及在超短時間尺度下局域在深亞波長空間的複雜固體電離過程：多種高度非線性電離機制，如多光子、隧穿、碰撞電離，及一些複合電離機制交織在一起，給相關研究帶來很大困難；特別是，在之前研究中對上述電離機制，一般只探討脈衝時間尺度效應的影響，而忽略結構空間尺度效應的影響。事實上，考慮超快雷射誘導的典型深亞波長特徵，空間尺度效應值得重點關注。在本課題中，我們將深入研究空間尺度效應對超快雷射誘導固體電離的影響，探討深亞波長尺度下由於光場及電離特性的改變，特別是納米光學效應的出現及電離的空間尺寸限域，所導致的電離機制的改變，從而加深對超快雷射誘導固體電離及深亞波長結構形成的物理本質的理解。
結題摘要
在本項目中，我們圍繞超快雷射誘導固體破壞過程中的基本電離機制及動力學過程進行深入研究，重點基於超快雷射誘導固體表面亞波長結構的現象，探討深亞波長結構產生條件下由於光場及電離特性改變，特別是納米光學效應的出現，所導致的電離及燒蝕機制的改變，進而加深對超快雷射誘導固體電離及深亞波長結構形成物理本質的理解。基於本核心研究目標，我們系統開展超快雷射誘導固體電離及燒蝕的穩態和瞬態實驗及數值研究，獲得若干重要創新性成果：（1）考察了ZnO飛秒雷射誘導結構由近亞波長至深亞波長尺度演化的特性，探討結構特徵尺寸對超快雷射誘導瞬態強場建立、材料超快電離及燒蝕過程的重要影響，並基於深亞波長尺度等離激元理論及固體強場電離機制，提出深亞波長尺度下超快雷射誘導固體電離及非熱燒蝕的、與準靜態表面等離激元激發相關的物理模型，揭示飛秒雷射燒蝕中“深亞波長空間尺度”與“超短時間尺度”兩要素間的物理關聯；（2）圍繞超快雷射誘導亞波長光柵的分裂現象，探討納米光學效應，特別是等離激元效應，導致超快雷射光場在材料表面重新分布並誘導產生局域強場電離形成深亞波長結構的微觀機制；（3）基於高精度超快雷射固體強場電離瞬態實驗，觀察到近破壞閾值超短脈衝輻照熔融石英過程中光致及碰撞兩種電離機制的作用過程及特徵時間尺度，揭示超快雷射誘導熔融石英破壞的主導電離機制；（4）通過飛秒雷射結構化表面強場電離瞬態實驗，證實深亞波長結構對超快雷射強場電離過程的顯著增強效果，為超快雷射誘導深亞波長結構現象的微觀電離機制及動力學過程分析提供直接實驗依據；（5）開發固體強場電離電磁場數值模擬程式，開展熔融石英及ZnO近破壞閾值超快雷射誘導固體電離數值模擬，證實深亞波長尺度下納米光學機制對超快雷射固體強場電離過程的重要影響，為超快雷射誘導深亞波長周期結構起源提供直接理論依據；（6）發展一種具有亞皮秒時間及亞微米空間分辨能力的超快高分辨多幀瞬態成像探測方法，並建立一套完整的探測系統。
