《飛秒雷射引發矽和玻璃內部殘餘應力應變形成的過程》是依託哈爾濱工業大學，由王延深擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：飛秒雷射引發矽和玻璃內部殘餘應力應變形成的過程
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王延深
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛秒雷射微加工過程中產生的衝擊波會在材料內部施加一個很大的應力應變場，對器件的機械和光學性能會產生很大影響。衝擊波對材料的作用過程和作用機理是目前國際上飛秒雷射微細加工領域研究的一個難點。本課題利用飛秒雷射分別對矽片表面進行燒蝕和在玻璃內部進行微爆，對加工後產生的殘餘應力應變以及加工過程中應力應變的變化過程進行研究，在此基礎上對材料內部在加工中的應力應變演化過程以及加工後殘餘應力應變的形成機理進行研究，從而建立飛秒雷射對材料衝擊作用過程的相關理論。並以此為依據對加工過程進行仿真，研究加工過程中應力應變隨加工參數的變化規律。本項目研究的突破對了解飛秒雷射微加工的機理和最佳化加工參數具有重要的理論和現實意義，可以為今後飛秒雷射微加工在MEMS器件、微光電器件以及光邏輯計算方面的套用提供必要的理論和技術支撐，從而提高我國在上述領域的國際競爭力。
結題摘要
本課題利用飛秒雷射分別對玻璃內部進行微爆，對加工後產生的殘餘應力應變以及加工過程中應力應變的變化過程進行研究。具體地，通過對飛秒雷射微加工時的入射和出射表面進行納米力學特性測量，發現微爆區域周圍周圍接近樣品表面處的納米力學特性有著與深處不同的變化規律。對飛秒雷射微爆加工後的橫截面進行研究，迎著雷射入射方向和垂直與雷射入射方向有不同的納米力學變化規律，這說明了光波導截面周圍材料密實化程度在空間各個方向上的變化具有差異。在飛秒雷射微爆作用下作用點中心區域材料密度發生了顯著的減小甚至出現明顯的空洞化。通過研究發現迎著雷射入射方向隨著距離微爆中心距離的變化，彈性模量和硬度有近似周期性的劇烈變化，這反映了該區域在光場作用下材料疏密程度的變化。建立了飛秒雷射微加工導致的密度、折射率變化與納米力學特性之間的數學模型，模型揭示了飛秒雷射微爆導致的石英玻璃材料的應變、密度和折射率變化與材料納米力學特性的內在關係，為檢測飛秒雷射微加工時由材料密實化導致的折射率變化提供了新的檢測途徑。建立了飛秒雷射微爆加工的淚滴體仿真模型，並利用ANSYS/LS-DYNA軟體進行了加工過程的有限元仿真。淚滴體模型的仿真結果與微爆理論基本吻合，樣便使材料發生了的塑性和彈性變形，產生了塑性殘餘應變，會形成中心空腔結構和密實化現象。做出了可以用於本課題實驗研究的PVDF感測器，並結合Agilent 1GHz示波器搭建了基於PVDF壓電感測的衝擊力學信號檢測系統。它包含動態信號檢測和雜波濾波的電路，能濾除高頻干擾信號和50Hz工頻干擾。本項目研究的突破對了解飛秒雷射微加工的機理和最佳化加工參數具有重要的理論和現實意義，可以為今後飛秒雷射微加工在MEMS器件、微光電器件以及光邏輯計算方面的套用提供必要的理論和技術支撐，從而提高我國在上述領域的國際競爭力。
