《超快雷射電子動態調控的無衍射貝塞爾光束材料加工》是依託北京理工大學，由張浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超快雷射電子動態調控的無衍射貝塞爾光束材料加工
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：張浩
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛秒雷射貝塞爾光束在寬禁帶材料中高深寬比結構的加工相比於傳統高斯光束有顯著的優勢，然而貝塞爾光束的長縱向焦深特點決定了其脈衝前沿聚焦激發的電漿通道將阻礙脈衝後沿的傳播與聚焦，從而產生散焦現象，降低了飛秒雷射貝塞爾光束加工寬禁帶材料的能量吸收效率和加工精度。本項目將從理論模擬和泵浦-探測實驗兩方面深入研究飛秒雷射貝塞爾光束與寬禁帶材料的相互作用及其非線性傳播規律，揭示超快雷射時空整形對電子激發/電離和材料瞬時局部特性的影響機制。通過設計飛秒脈衝序列的各項參數，實現貝塞爾光束加工寬禁帶材料中的電子密度、電子碰撞頻率、電子溫度等的精確調控，進而主動控制貝塞爾光束與所致等離子通道的相互作用過程，為形成一種基於時域整形的飛秒雷射貝塞爾光束高效率、高質量加工方法奠定基礎。
結題摘要
本項目以飛秒雷射電子動態調控的時域整形脈衝序列為手段，對脈衝序列輻照材料時的光子能量吸收、自由電子激發、衝擊波的產生及傳播、材料相變及蝕除機理等問題展開研究，取得的主要成果如下：（1）利用泵浦探測技術研究了第一個飛秒雷射脈衝輻照熔融石英時所形成的微結構對第二個脈衝誘導電漿/衝擊波的影響，發現相比於第一個脈衝誘導的電漿/衝擊波，第二個脈衝誘導的電漿/衝擊波在縱向方向上的傳播明顯增強，而在徑向方向上的傳播則保持不變。利用電漿模型以及菲涅爾衍射公式對所發現的現象進行研究，結果表明這種增強效應歸因於凹坑誘導的雷射再聚焦。（2）對基於電子動態調控的飛秒雷射脈衝時域整形技術以及整形脈衝序列與電介質的相互作用機理展開了研究，發現時域整形脈衝序列不但會影響雷射輻照輔助化學刻蝕的效率，還會對刻蝕過程以及刻蝕坑形貌產生影響；通過調節時域整形脈衝序列能量密度、子脈衝間隔、子脈衝強度比等參數可以調控飛秒雷射與介質材料相互作用時電子的激發/電離，從而調控飛秒雷射光子能量的沉積效率。（3）飛秒雷射雙脈衝燒蝕鎳時在一定子脈衝間隔範圍內不會出現雙脈衝燒蝕大部分金屬時所出現的燒蝕抑制，而是產生燒蝕增強。計算結果表明隨著電子溫度Te的升高，鎳的電子-晶格能量耦合率G下降而電子熱導率ke上升。因此，雷射的能量更容易擴散到雷射輻照區域之外，從而產生燒蝕增強現象。（4）使用含時密度泛函理論計算單層二硫化鉬在飛秒雷射脈衝作用下的瞬態光學性質的變化，研究飛秒雷射對材料光學性質的調控能力。（5）利用時域有限差分的方法和雷射燒蝕模型對材料初始表面粗糙度對最終形成的雷射誘導的表面周期性結構形貌的影響進行了理論研究，提出了一種控制雷射誘導表面形貌的新方法。在本項目支持下，共發表SCI論文5篇，此外還有1篇SCI論文在投；培養了博士生5人，其中3人已經取得博士學位；培養碩士生3人，已經全部取得碩士學位。
