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《哈尔滨工业大学》 2006年
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飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究

吴雪峰  
【摘要】: 飞秒激光加工技术以其极窄的脉宽与极高的功率密度,可以实现对任何材料的非热熔性加工,具有加工区域小和精度高等优点,在各种材料微细加工中应用日益广泛,在微小模具制造方面有广阔的应用前景。 首先,本文对飞秒激光与材料作用机理进行了深入探讨。在飞秒脉宽条件下,化简描述超短脉冲与材料作用的一维双温模型,并利用有限差分方法进行分析,得到材料表层电子与晶格温度随时间变化规律,从温度角度分析飞秒激光非热熔性加工的本质,并探讨飞秒激光与金属材料作用的烧蚀阈值和液相爆破理论,并采用120fs激光在真空中烧蚀单晶铜试验对其进行了验证。 其次,在理论研究基础上,采用Ti:Sapphire激光器发出的50fs脉宽激光,对弹簧钢65Mn材料进行了空气中烧蚀孔试验研究。烧蚀孔径随脉冲能量增加与脉冲数目增多而增大,并通过数值拟合得到材料的烧蚀阈值与累积系数,并对烧蚀孔周期性表面结构等形貌产生原因进行分析。 最后,在此研究基础上,利用飞秒激光在空气中进行了直线刻划试验研究。沟槽深度与脉冲能量成线性对数关系,随脉冲能量增大产生了两个不同烧蚀区域,其具有不同的烧蚀率与加工阈值,并对不同区域的形貌特征与材料性能进行了分析;沟槽深度与扫描速度成反比、与扫描次数成正比关系;扫描速度降低与扫描次数增加造成了深度极限;分析了沟槽特征形貌的成因及加工参数对形貌影响规律。并进行了多线刻划微结构试验研究。论文得到的飞秒激光与材料作用机理及烧蚀刻划的加工参数对加工结果影响规律,对应用飞秒激光微细加工具有重要意义。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG665

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 任乃飞;许美玲;顾佳方;陈秋月;金卫凤;;飞秒激光作用下铁磁薄膜的热化动力学分析[J];中国激光;2010年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王文君;飞秒激光金属加工中的形状及形貌控制研究[D];西安交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 刘院省;金属材料脉冲激光刻蚀微加工的基础研究[D];北京工业大学;2007年
2 黄吉元;TbDyFe薄膜超快动力学特性实验研究[D];江苏大学;2008年
3 陈赛华;光电子材料的超短激光微加工[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 王际达,张雄文;用预测-校正方法解非线性含扩散的色谱方程[J];鞍山钢铁学院学报;1996年01期
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10 焦俊科;王新兵;李又平;;激光切割玻璃的研究进展[J];玻璃;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
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2 张新军;梁昌洪;金谋平;;MEI结合有限差分法二维应用的几个技术[A];1997年全国微波会议论文集(下册)[C];1997年
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4 邱建荣;姜雄伟;朱从善;;飞秒激光诱导玻璃功能微结构[A];庆祝中国硅酸盐学会成立六十周年专辑[C];2005年
5 林伟青;;聚合物微流体芯片微压印脱模温度研究[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
6 徐向兰;;激光加工在微制造技术中的应用[A];全国先进制造技术高层论坛暨第八届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2009年
7 齐立涛;;在不锈钢表面利用飞秒激光加工微小结构的试验研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
8 黎小鹿;陶向阳;李俊;;超短脉冲激光烧蚀半导体材料数值模拟[A];2007年全国第十六届十三省(市)光学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘庆堂;高压天然气管网动态模拟与壅塞流动特性研究[D];山东大学;2010年
2 田野;聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究[D];吉林大学;2011年
3 李栋;太赫兹(THz)波的产生和相干控制研究[D];上海大学;2011年
4 马红;半导体及纳米结构的自旋动力学研究[D];上海大学;2011年
5 段海涛;水润滑轴承数值仿真及其材料摩擦学性能研究[D];机械科学研究总院;2011年
6 李廷会;金属氧化物半导体纳米材料的制备、表征及其光学性质研究[D];南京大学;2011年
7 张华;喷射液束电解—激光复合加工的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 王文君;飞秒激光金属加工中的形状及形貌控制研究[D];西安交通大学;2008年
9 孙梅;突变材料对光电器件中电流、热量和光波控制的研究[D];河北工业大学;2010年
10 李冬林;模板电解加工群孔基础研究及应用[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱宜存;光电导天线产生太赫兹波的理论和实验研究[D];郑州大学;2010年
2 张建波;混凝土孔隙分形特征表征氯离子渗透性能研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
3 孙礼俊;常微分方程的有限差分方法及其简单应用[D];安徽大学;2010年
4 崔艳华;基于上下文的图像插值方法[D];西安电子科技大学;2011年
5 封智强;差异吸收光谱中的光谱校正[D];西北大学;2011年
6 李海伟;飞秒激光诱变达托霉素高产菌株技术及其机理的研究[D];北京交通大学;2011年
7 杨鼎;整形飞秒激光对金属材料进行烧蚀的实验研究[D];吉林大学;2011年
8 张平;碱基及核苷类分子的太赫兹时域光谱研究[D];吉林大学;2011年
9 顾凯;157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究[D];武汉理工大学;2011年
10 李铁强;激光诱导击穿光谱仪及应用[D];杭州电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王冲;郝跃;冯倩;郭亮良;;氮化镓干法刻蚀研究进展[J];半导体技术;2006年06期
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5 翁孟超;陈磊;杨志强;;磁性材料超快动力学研究与飞秒抽运探测技术[J];材料导报;2007年06期
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10 王续跃,谢小琴,周锦进;金属材料对激光的热吸收效应[J];大连理工大学学报;1993年03期
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1 陈笑;高功率激光与水下物质相互作用过程与机理研究[D];南京理工大学;2004年
2 凌浩;特定气氛中的脉冲激光烧蚀及其在薄膜制备上的应用[D];复旦大学;2004年
3 任杨;磁性薄膜的光诱导超快自旋动力学研究[D];复旦大学;2008年
4 王英;飞秒激光制作体光栅及新型光纤传感器件的实验研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 顾凯;157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究[D];武汉理工大学;2011年
2 叶海;TiO_2薄膜的制备及特性表征[D];暨南大学;2003年
3 李再轲;TbDyFe/Fe多层膜磁致伸缩及其与压电衬底的磁—电转换性能研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 唐若琪;飞秒泵浦探测实验研究ZnSe中载流子超快动力学过程[D];吉林大学;2004年
5 刘立鹏;飞秒激光双光子三维微细加工和超快检测技术的研究[D];江苏大学;2005年
6 梁建国;飞秒激光微加工研究[D];天津大学;2005年
7 邓素辉;激光与物质相互作用的热效应研究[D];江西师范大学;2006年
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10 黄瑾;GaN LED器件外延膜的激光剥离的研究[D];厦门大学;2009年
【二级引证文献】
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2 徐斌;伍晓宇;凌世全;罗烽;杜晨林;孙秀泉;;多脉冲飞秒激光烧蚀金属箔的热电子发射数值分析[J];激光与光电子学进展;2012年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 邱化冬;基于条码质量的直接标刻激光参量与物理机制的研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 余国虎;大型三维零部件激光精密刻蚀微结构技术研究[D];华中科技大学;2011年
2 王辉;Ni_(80)Fe_(20)薄膜超快电子动力学特性实验研究[D];江苏大学;2009年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 姚汉民,刘业异;21世纪微电子光刻技术[J];半导体技术;2001年10期
2 施卫;高倍增GaAs光电导开关的光激发电荷畴模型(英文)[J];半导体学报;2001年12期
3 施卫,田立强;半绝缘GaAs光电导开关的击穿特性[J];半导体学报;2004年06期
4 施卫,梁振宪;高倍增高压超快GaAs光电导开关中的光激发畴现象[J];半导体学报;1999年01期
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7 倪晓昌,王清月;飞秒激光烧蚀研究进展[J];激光与光电子学进展;2002年12期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴凌晖,吴嘉达,伍长征,李富铭;激光烧蚀过程中的发射光谱研究[J];量子电子学报;1994年02期
2 黄业茹,杨福全;激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱法[J];分析测试技术与仪器;1996年02期
3 张荣君,徐灿,赵利,朱雷,李郁芬,龙英才;紫外激光烧蚀SiO_2多孔材料的质谱研究[J];复旦学报(自然科学版);1998年01期
4 茅敦民,刘兆详,李润君,秦启宗;时间分辨质谱法研究激光烧蚀氯化铜的动力学[J];化学物理学报;1996年02期
5 辜振宁,王雪峰,秦启宗,陈宏,郑兰荪;O_2气中激光烧蚀Ta_2O_5产物离子的氧化反应[J];物理化学学报;1998年11期
6 党海军,周鸣飞,秦启宗;激光烧蚀La_2O_3产生的等离子体的发光光谱研究[J];化学学报;1999年05期
7 韩镇辉,陆建江,党海军,戴自国,秦启宗;角分辨飞行时间法研究紫外激光烧蚀Ta_2O_5的反应[J];物理化学学报;1997年02期
8 王泽敏,刘勇,戢明,曾晓雁;激光烧蚀细丝法制备γ-Fe_2O_3纳米粉体及其磁性研究[J];功能材料;2004年01期
9 王永玉,许龙江,戚诒让;用光偏转方法对金属激光烧蚀阈值的研究[J];中国海洋大学学报(自然科学版);1998年01期
10 张树东,李海洋;激光烧蚀Al热原子与CF_4反应中C_2的形成及其发光光谱研究[J];物理学报;2003年05期
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1 齐立涛;;在不锈钢表面利用飞秒激光加工微小结构的试验研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
2 李科学;周卫东;钱惠国;李霞芬;邵杰;;激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术在铝合金元素分析中的应用[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
3 张楠;王晓雷;王明伟;杨建军;赵友博;朱晓农;;飞秒激光脉冲推进小球的实验研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(C 激光技术与应用专题)[C];2006年
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5 ;河南工业大学粮油食品学院[A];2009年中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会学术年会论文集[C];2009年
6 袁红;孙承纬;赵剑衡;李牧;;真空环境下激光烧蚀铝靶冲量耦合系数的数值模拟[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
7 王立君;赵伊君;漆海滨;周辉;刘泽金;陈雨生;刘晶儒;赵学庆;谢永杰;;复合材料的强激光烧蚀研究概述[A];第9届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];1998年
8 韦超;张超;冯流星;王军;;LA-ICP-MS方法在材料分析表征中的探索研究[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
9 孙永泰;朱克莉;;生物大分子的激光喇曼光谱及实验技术[A];第二届全国光散射学术会议论文集(上)[C];1983年
10 贾晶;B.L.Mordike;A.Weisheit;;合金铸铁的脉冲激光表面重熔[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
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1 ;西安工业大学——坚持特色 奋勇争先[N];中国教育报;2006年
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3 常丽君;让京城污水换清波[N];科技日报;2008年
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5 张孺海 刘易国;让鸟儿自由飞翔[N];湖北日报;2005年
6 刘玉靖 武晓东;三驾马车领跑科研攻关[N];中国纺织报;2007年
7 李新一;时尚 追求中性还是回归本性[N];中国服饰报;2010年
8 吴铝锌;教育部部长周济湖南省省长周伯华视察湖南工业大学(筹)[N];中国包装报;2005年
9 本报记者 计琳《上海教育》记者 赵锋;上海第二工业大学用制度保障教师下企业[N];中国教育报;2007年
10 李金钢 雷斌;面向经济建设战场 服务国家重点项目[N];中国经济时报;2006年
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1 袁红;激光烧蚀固体材料引起力学效应的数值模拟研究[D];中国工程物理研究院;2011年
2 安伟伟;激光诱导材料靶上合成及其表面微结构的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 王成;硬质材料的激光三维雕刻技术研究[D];华中科技大学;2007年
4 王晓东;短脉冲及超短脉冲激光对金属的烧蚀及微加工研究[D];华中科技大学;2009年
5 田飞;激光烧蚀法制备碳纳米材料与金属氧化物纳米材料[D];天津大学;2009年
6 周益军;基于激光热应力的金属薄板无模成形的基础研究[D];江苏大学;2007年
7 郭忠义;飞秒激光在透明玻璃及金属膜中制备光功能微结构[D];哈尔滨工业大学;2008年
8 吕善进;激光加工数控系统及状态监测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 焦威严;溶液介质中激发态热折射的动力学研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 杨立军;不锈钢薄板激光诱导无模成形技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴雪峰;飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 王梦影;飞秒激光加工光纤微孔方法及其模拟[D];武汉理工大学;2012年
3 夏寒剑;不锈钢薄板激光加热矫形技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 王颖;飞秒激光在气体中成丝展宽光谱和刻划周期结构铌酸锂的研究[D];天津大学;2006年
5 陆茵非;铅的激光烧蚀坑模拟及单脉冲激光诱导击穿光谱检测[D];天津大学;2010年
6 李澜;激光烧蚀Al、Cu等离子体光谱的实验研究[D];西北师范大学;2004年
7 梁军录;ICP光源的激光烧蚀固体进样方法研究[D];河北大学;2010年
8 李强;基于飞秒光精密加工技术金属薄膜深小孔加工研究[D];上海交通大学;2012年
9 马靖;281.5-285.5nm区金属样品中铁元素共振激光烧蚀实验研究[D];安徽师范大学;2003年
10 张磊;脉冲能量控制PECC电源的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
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