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长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理
第 卷 第 期 强 激 光 与 粒 子 束 , 18 4 Vol.18 No.4 年 月 , 2006 4 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS A r.2006 p 文章编号: ( ) 1001-4322200604-0575-05 长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理* , , 1 2 1 1 1 2 夏志林 , 邵建达 , 范正修 , 吴师岗 ( 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 ; 中国科学院研究生院,北京 ) 1. 201800 2. 100039 摘 要: 在光学薄膜的激光损伤实验中,可以在显微镜下观测到激光辐照引起的尺寸较大、形状对称性 很好的鼓包。从杂质气化的角度,应用弹性力学的球壳受压膨胀模型,分析薄膜表面鼓包的形成机制,同时得 到了相应情况下薄膜的损伤机制。结果表明,半径越大杂质在激光辐照下越容易引起薄膜破坏,填埋得越浅的 杂质也越容易引起薄膜破坏。杂质诱导破坏机制下,薄膜的裂纹首先出现在杂质附近的薄膜基体中。在薄膜 中出现裂纹的临界状态时,半径越大、填埋得越深的杂质所引起的鼓包尺寸越大、高度越高。这种热力耦合模 型,弥补了现有理论的不足,进一步完善了现有理论。 关键词: 薄膜; 损伤; 激光; 鼓包; 杂质 中图分类号: O484 文献标识码: A [ ] 薄膜在激光场中会通过各种途径,比如多光子吸收或者雪崩电离,吸收大量的能量1-3 从而使温度升高,在 [ , ] 薄膜内部形成热应力,最终由于热力耦合机制使薄膜破坏 1 4-7 。实际上薄膜内都存在杂质,因此破坏的几率会 更大,过程会更短,所需要的激光功率会更小。 目前研究材料在热力耦合下材料发生机械破坏,基本上都是基 于材料的热膨胀系数和膜层之间的应变失配的,这使得其使用范围限制在固相,到液相和气相时膨胀系数已经 变化较大,且在固液或者固气相界面谈应变失配没有意义。另外,由杂质吸收的计算可以得到,杂质在脉冲激 4 [ ] 光作用下的温度可以达到 10 K 1 。这个温度足以使任何材料气化。所以,研究杂质发生相变后的破坏机制 十分必要。 光学薄膜受到激
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