《高重複頻率飛秒雷射在透明材料中輻照的熱積累效應》是依託上海大學，由戴曄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高重複頻率飛秒雷射在透明材料中輻照的熱積累效應
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：戴曄
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高重複頻率飛秒雷射脈衝入射到玻璃和晶體等透明材料內部後，除了飛秒雷射誘導的多光子非線性效應外，還會由於能量的連續注入沉積而導致熱積累效應的出現，從而使得材料出現熱致熔融、離子遷移或相變等一系列與溫度有關的結構變化，本項目研究這種高重複頻率飛秒雷射輻照形成的熱積累效應對材料結構變化的影響。實驗上主要在輻照區域運用顯微拉曼、SEM、EPMA和XPS等微區表征手段系統地研究熱效應推動下材料結構變化的內在規律和動力學過程，並探索熱效應在各向異導熱材料中誘發方向差異性結構變化的物理機制；在理論上以熱傳導方程為基礎，構建點熱源在各項同性和各項異性材料中的三維熱擴散溫度模型，模擬熱積累效應在輻照區域形成的溫度場分布。因為熱積累效應誘發的這些結構變化將呈現新的光學和物理特性，因此開展這方面的研究能為飛秒雷射在透明材料中誘導光功能微結構提供一條新的途徑。
結題摘要
高重複頻率飛秒雷射入射到透明材料內部會產生很強的熱積累效應，這個效應能對輻照區域所誘導的微結構產生重要的影響。通過三年的實驗研究，我們發現熱積累效應會引起輻照區域材料的基團重組、元素再分布、離子定向遷移等微區結構改性，而這些物理過程在巨觀上又可以表現為飛秒雷射空間選擇性誘導玻璃晶化和分相、貴金屬納米顆粒的沉積和三維納米光柵的形成等現象。我們在理論方面建立了一個三維熱擴散模型，通過引進球差效應調製函式，模擬的非對稱溫度場分布與實驗結果基本一致，特別在系統地研究各項入射參數後，發現聚焦深度和數值孔徑兩個參數是影響溫度場分布的關鍵因素。我們還用飛秒雷射在多種薄膜材料上製備了具有功能化特性的微納結構，以光子和聲子之間的能量傳遞機制為研究主線，重點分析了輻照時產生的瞬態溫度場對所誘導微納結構的影響。此外，我們還在理論上探索了飛秒脈衝光譜全息實現脈衝時空整形的方案。上述研究成果豐富了我們對飛秒雷射熱積累效應的認識，對其在推動和誘導某些特殊功能結構產生時的物理機制和內在規律有了進一步的理解，為飛秒雷射與凝聚態物質相互作用這個研究領域提供了一些可供借鑑的科研素材。
