飛秒激光加工具有燒蝕閾值低施蜜、加工精度高等特點(diǎn)。飛秒激光燒灼閾值受輻射的脈沖數(shù)影響雌隅，單脈沖以及多脈沖作用下飛秒激光燒灼閾值和孵化效應(yīng)對(duì)于可控翻默、精確的激光加工具有十分重要的意義。
飛秒激光燒灼YAG晶體應(yīng)用簡(jiǎn)介
摘要：飛秒激光加工具有燒蝕閾值低恰起、加工精度高等特點(diǎn)修械。飛秒激光燒灼閾值受輻射的脈沖數(shù)影響，單脈沖以及多脈沖作用下飛秒激光燒灼閾值和孵化效應(yīng)對(duì)于可控检盼、精確的激光加工具有十分重要的意義肯污。
一、飛秒激光處理材料的原理
飛秒作用于透明電解質(zhì)材料時(shí)，通過(guò)多光子吸收蹦渣、隧穿電離哄芜、碰撞電離等過(guò)程將電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生局域化的自由等離子體剂桥。充分電離時(shí)忠烛，離子之間的碰撞属提，等離子體中的電子通過(guò)逆軔治輻射吸收激光能量后权逗，電子將會(huì)被加熱到極高溫度，隨后電子再通過(guò)電子聲子耦合將能量傳遞給晶格冤议，從而使等離子體溫度升高斟薇。在多激光脈沖重復(fù)作用過(guò)程中，激光誘導(dǎo)形成的缺陷逐步積累恕酸，材料的光學(xué)特性逐漸發(fā)生改變堪滨。
二、飛秒激光的可行性驗(yàn)證
材料的光學(xué)特性改變蕊温，已在多種材料中得到驗(yàn)證袱箱。德國(guó)馬克思-伯恩非線性光學(xué)和短脈沖光譜學(xué)研究所Ashkenasi等人發(fā)現(xiàn)釔理氟化物（YLF）和熔石英的表面燒蝕閾值在第1次脈沖激光輻射后會(huì)發(fā)生急劇下降；日本中部大學(xué)的Qi等人發(fā)現(xiàn)孵化效應(yīng)導(dǎo)致藍(lán)寶石的燒蝕閾值與輻射在襯底表面的激光脈沖數(shù)成反比义矛。
YAG 晶體在0.25-5 μm范圍內(nèi)具有較高的透過(guò)率发笔，是一種優(yōu)良的紫外、紅外光學(xué)材料凉翻，且具有優(yōu)良的熱力學(xué)性質(zhì)了讨、良好的抗溫度蠕變性，以及很強(qiáng)的耐高溫塑性變形能力制轰。YAG的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性接近藍(lán)寶石晶體前计，并且沒(méi)有藍(lán)寶石的雙折射效應(yīng)。
三垃杖、具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)采用YAG晶體男杈，中心波長(zhǎng)1030 nm的飛秒激光器，脈寬約為400 fs调俘，重復(fù)頻率為300 kHz伶棒。利用顯微物鏡將激光束聚焦于樣品表面，光斑大小3.5 um脉漏。樣品的移動(dòng)通過(guò)高精度三維電控位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)苞冯。對(duì)YAG晶體樣品表面的不同位置進(jìn)行輻照，所有實(shí)驗(yàn)均在常溫侧巨、常壓的空氣中進(jìn)行舅锄。
單脈沖作用后的燒蝕形貌如圖所示，在單脈沖燒蝕下，損傷坑的直徑隨著脈沖能量的增加而增加而增加皇忿。在飛秒激光作用后畴蹭，在燒蝕坑內(nèi)和周?chē)纬闪艘欢〝?shù)量的納米顆粒。
圖1.單脈沖燒蝕形貌記錄
多脈沖作用下鳍烁，孵化效應(yīng)在燒蝕過(guò)程中扮演重要角色叨襟。在介電材料和半導(dǎo)體材料中，由外部激光作用引起的晶格缺陷幔荒，可以在帶隙中產(chǎn)生額外的能級(jí)糊闽。新的激發(fā)路徑的存在有利于對(duì)后續(xù)激光脈沖能量吸收。缺陷密度隨著激光輻照脈沖數(shù)的增加而增加爹梁，直到達(dá)到飽和右犹。同時(shí)缺陷的積累將導(dǎo)致有效吸收系數(shù)增加，表面燒蝕閾值隨之降低姚垃，直到達(dá)到飽和念链。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在脈沖數(shù)較少時(shí)积糯，燒蝕坑的直徑更小掂墓。隨著作用脈沖數(shù)的增加，燒灼坑的直徑也隨之增加看成。當(dāng)脈沖數(shù)超過(guò)600后君编，作用材料的脈沖數(shù)增加對(duì)直徑大小的增加效果顯著降低。
圖2.多脈沖燒蝕形貌記錄
結(jié)語(yǔ)：通過(guò)1030 nm飛秒激光對(duì)YAG晶體的燒蝕測(cè)試绍昂，可以了解單脈沖和多脈沖燒蝕閾值的變化規(guī)律啦粹。為YAG的飛秒激光加工處理提供了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)飛秒激光的燒蝕實(shí)驗(yàn)窘游，驗(yàn)證了飛秒激光在處理YAG這種特殊晶體的可行性唠椭，為以后的晶體表面處理、微加工提供了重要的參考解決方案忍饰。
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