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《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2011年
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飞秒激光抽运探测法纳米材料及界面热输运机理研究

祝捷  
【摘要】:本文建立双波长飞秒激光抽运探测热反射系统(TDTR)实现对纳米材料及界面热输运性质的研究。该系统中应用倍频模块将800 nm激光倍频为400 nm用作探测光。具有双波长设计的抽运探测系统,在探测光进入探测器之前,可以使用高选择透过性滤光片将抽运光彻底滤除。窄带滤光片滤除抽运光的效率可以达到10-9,大大优于应用偏振方法的10-3至10-4的滤除效率,从而从根本上解决常规单波长系统中信噪比过低的难题,可以大幅提高测量精度,实现对样品表面反射率变化的更精确测量。同时,这种双波长的设计使得激光聚焦到样品时的光路可以采取探测光与抽运光共线的设计,这样可以保证两束激光在聚焦到样品表面时都为圆形光斑,对后期数据处理带来方便,并使得调节两束光聚焦光斑重合更加容易。 利用该实验系统,在低能量激光脉冲激发条件下,对金膜中的热输运过程进行了实验研究。在此实验研究中,最高电子温升不超过10K,这与文献中的测量的测量过程中电子温升为102~103K的情况相比,极大减小了温度变化的影响,所以测量结果应更接近真实值。将测量信号与抛物两步模型(PTS)相对比得到了金膜的电-声子耦合系数。 测量了各种纳米薄膜材料的热导率,包括SiO2,高分子聚合物及单分子层沉积膜(MLD)。结果显示,在几十到几百纳米厚度下,SiO2薄膜没有明显尺寸效应;MLD薄膜的热导率会随厚度的增加而增大。 将TDTR的应用扩展到对微米结构材料的表面热物性的扫描探测,可以较有效的实现微米量级空间分辨热成像。 建立了频域飞秒激光抽运探测热反射系统(FDTR),并被成功用于测量不同厚度SiO2纳米薄膜的热导率及SiO2与Si之间的界面热导。FDTR的测量结果与TDTR的测量结果相符合,但是只需要比后者更为简单的光路调试过程。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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