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超短激光脉冲与透明介质相互作用

游牧  
【摘要】:飞秒激光具有超短脉冲和超高电场强度两个特征。它已广泛应用于物理化学反应的动力学过程分析和热效应可忽略的超精细加工。在这个过程中,飞秒激光显示出与皮秒、纳秒脉冲不同的特性,如热影响区域小、作用效果能够超过光学衍射极限、良好的空间选择性等。这些特性在许多领域有着重要的应用价值,如超精细加工、微光子器件制造、医学精密手术、高密度三维光存储等。本文针对这一领域中的一些问题进行了讨论,特别是对飞秒激光脉冲与透明介质非线性相互作用进行了初步的研究。 1 分别使用脉冲宽度为ps和fs量级,波长为800nm,重复频率1kHz的激光脉冲,在熔融石英中形成了单发脉冲导致的损伤位点阵列。并对单个损伤位点,使用光学显微镜和图像传感器对其形态进行了观测。分析了激光照射后沿入射光方向将出现分立的损伤结构原因。另外,发现透明介质的材料损伤阈值与聚焦条件有关系,随着数值孔径的增加,阈值能量逐渐减小。 2 使用不同脉冲宽度的激光照射白宝石晶体,得到不同的损伤形态。白宝石在ns激光脉冲作用下形成的典型的“米”字形结构,这与白宝石晶体结构相对应。在2.1ps激光脉冲作用下,晶体内部产生的“十”字形损伤。fs激光脉冲聚焦到白宝石内部时,出现的“一”字形结构。损伤外型与偏振方向无关,显然不同脉宽的激光照射晶体产生不同的热效应。 3 近红外飞秒激光在石英玻璃照射后诱导产生色心,分析认为,在近红外飞秒激光强度低于宏观破坏阈值时,纯石英玻璃中SiE’心的形成主要是由于超短脉冲激光引起的焦点区域激光能量沉积和激子自陷引起的,属于玻璃网络的本征结构改变。 4 采用高温熔融法制备了银掺杂的锂铝硅酸盐微晶玻璃。经近红外飞秒激光照射和热处理后,通过显微镜观察及X射线衍射分析,发现玻璃内部形成以银原子为晶核的Li_2O·Al_2O_3·3SiO_2多晶结构微晶,晶体细小,呈乳白色,为六方晶系。呈现空间取向分布结构。飞秒激光照射部位玻璃折射率发生明显变化,出现析晶;未照射部位折射率无明显变化,仍为玻璃体。


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