飞秒激光加工sic模型参数优化设计研究 - 激光与红外.pdfVIP

第４６卷　 第８期　 　　　　　　　　　　　　　　激 光 与 红 外 Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．８ 　 ２０１６年８月　　　 　 　　　　　　　　　　ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ａｕｇｕｓｔ，２０１６ 　　文章编号：１００１５０７８（２０１６）０８０９４８０５ ·激光应用技术 · 飞秒激光加工 ＳｉＣ模型参数优化设计研究 李晓宇，孙会来，赵方方，聂晓菊 （天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室，天津３００３８７） 摘　要：开展飞秒激光与ＳｉＣ相互作用机理研究，探索飞秒激光加工ＳｉＣ材料的作用机理与激 光功率密度阈值、脉冲宽度、频率、重叠率等参数的相互影响，这其中增加了在激光脉冲宽度范 围内由于多种因素的影响，导致自由电子密度减少的因素；考虑了飞秒激光光束在被加工材料 传输过程中由于被加工材料表面反射而造成的损失量，以及由于激光束电离后光电子与晶格 发生碰撞而“反射、散射”造成的能量损失，从而对现有作用机理进行理论模型优化，通过比较 研究和实验验证自由电子密度，为飞秒加工过程中激光与材料相互作用研究提供分析和参考。 关键词：飞秒激光；ＳｉＣ；自由电子密度；电子晶格温度 中图分类号：ＴＮ２４９　　文献标识码：Ａ　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１６．０８．００８ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒｍａｃｈｉｎｉｎｇＳｉＣｍｏｄｅｌ ＬＩＸｉａｏｙｕ，ＳＵＮＨｕｉｌａｉ，ＺＨＡＯＦａｎｇｆａｎｇ，ＮＩＥＸｉａｏｊｕ （ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＴｉａｎｊｉｎＡｒｅａＭａｊｏｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｗｉｔｈＳｉＣｗａｓｓｔｕｄｉｅｄＴｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｍｅｃｈａ ｎｉｓｍｏｆｔｈｅｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｍａｃｈｉｎｉｎｇＳｉＣｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｌａｓｅｒｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｏｖｅｒ ｌａｐｒａｔｅｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｃａｕｓｅａｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙｗｅｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈＷｈｅｎｔｈｅｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｔｒａｎｓｍｉｔｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｈａｓｅｎｅｒｇｙ ｌｏｓｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｍａｔｅｒｉａｌｓｕｒｆａｃｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅ“ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ”ａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｌｌｉ ｓｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎａｎｄｌａｔｔｉｃｅａｆｔｅｒｌａｓｅｒｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｏｆｌａｓｅｒｂｅａｍＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅａｂｏｖｅ ｔｗｏｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓｅｓ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｍａｃｈｉｎｉｎｇｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙ，ｉｔｃａｎ