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黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

王承伟 赵全忠 钱静 黄媛媛 王关德 李阳博 柏锋 范文中 李虹瑾

黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

王承伟, 赵全忠, 钱静, 黄媛媛, 王关德, 李阳博, 柏锋, 范文中, 李虹瑾
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  • 黑体辐射法可用于测量电介质内部被超短脉冲激光加工后, 电子和晶格的瞬时温度. 当一个超短激光脉冲通过物镜聚焦到石英玻璃内部时, 在焦点附近诱导出微结构. 微结构中热影响区的最大宽度为16 m, 热影响区发出的黑体辐射谱通过物镜、带耦合透镜的光纤、光谱仪以及ICCD组装成的系统记录. 测试系统收集了电介质内部被单个激光脉冲辐照后, 热影响区发射的黑体辐射谱, 然后用Planck公式拟合黑体辐射谱, 得到电介质温度. 电介质被超短激光脉冲辐照后, 首先电介质中的价带电子通过强场电离和雪崩电离跃迁到导带, 高温高压的等离子体以冲击波的形式向外运动, 通过对流方式传递能量, 该过程发生在激光辐照石英后21 ns内. 21 ns 后冲击波转化为声波, 中心的气态石英通过热扩散方式影响周围的固态区域, 石英温度缓慢下降. 在时刻t (单位ns), 石英玻璃的温度为5333 exp(-t/1289) K. 石英经过3.72 s将冷却到室温, 因此重复频率在269 kHz以上的激光, 加工石英玻璃时具有热累积效应.
      通信作者: 赵全忠, zqz@siom.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11374316)资助的课题.
    [1]

    Sugioka K, Cheng Y 2013 (Boca Raton: CRC Press) p6

    [2]

    Balling P, Schou J 2013 Rep. Prog. Phys. 76 036502

    [3]

    Wang C W, Zhao Q Z, Zhang Y, Wang G D, Qian J, Bao Z J, Li Y B, Bai F, Fan W Z 2015 Acta Phys. Sin. 64 205204 (in Chinese) [王承伟, 赵全忠, 张扬, 王关德, 钱静, 鲍宗杰, 李阳博, 柏锋, 范文中 2015 物理学报 64 205204]

    [4]

    Chimier B, Uteza O, Sanner N, Sentis M, Itina T, Lassonde P, Legare F, Vidal F, Kieffer J C 2011 Phys. Rev. B 84 1

    [5]

    Jiang L, Tsai H L 2008 J. Appl. Phys. 104 093101

    [6]

    Wang C, Zhao Q, Qian J, Li Y, Wang G, Zhang Y, Pan H, Bao Z, Bai F, Fan W 2015 Proc. SPIE 9532 Shanghai, May 17, 2015 p953200

    [7]

    Chichkov B N, Momma C, Nolte S, Alvensleben F V, Tunnermann A 1996 Appl. Phys. A 63 109

    [8]

    Liu J, Schroeder H, Chin S L, Li R, Yu W, Xu Z 2005 Phys. Rev. A 72 1

    [9]

    Ji Z G 2010 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [季忠刚 2010 博士学位论文 (北京: 中国科学院)]

    [10]

    Toftmann B, Schou J, Hansen T T, Lunney J G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 3998

    [11]

    Tran K A, Grigorov Y V, Nguyen V H, Rehman Z U, Le N T, Janulewicz K A 2015 Proc. SPIE 9532 Shanghai, May 17, 2015 p953205

    [12]

    Puerto D, Siegel J, Gawelda W, Galvan-Sosa M, Ehrentraut L, Bonse J, Solis J 2010 J. Opt. Soc. Am. B 27 1065

    [13]

    Nakimana A, Tao H Y, Hao Z Q, Sun C K, Xun G, Lin J Q 2013 Chin. Phys. B 22 14209

    [14]

    Chen M, Li S, Cui Q Q, Liu X D 2013 Chin. Phys. B 22 106101

    [15]

    Carr C W, Radousky H B, Rubenchik A M, Feit M D, Demos S G 2004 Phys. Rev. Lett. 92 087401

    [16]

    Momma C, Nolte S, Chichkov B N, Alvensleben F V, Tnnermann A 1997 Appl. Surf. Sci. 109 15

    [17]

    Carr C W, Feit M D, Rubenchik A M, Mange P D, Kucheyev S O, Shirk M D, Radousky H B, Demos S G 2005 Opt. Lett. 30 661

    [18]

    Carr C W, Feit M D, Rubenchik A M, Demange P P, Kucheyev S O, Shirk M D, Radousky H B, Demos S G 2005 Proc. SPIE 5647 494

    [19]

    Linde D V D 1994 Laser Interactions with Atoms, Solids and Plasmas (New York: Plenum Press) p207

    [20]

    Sanz M, Castillejo M, Amoruso S, Ausanio G, Bruzzese R, Wang X 2010 Appl. Phys. A 101 639

    [21]

    Amoruso S, Bruzzese R, Spinelli N, Velotta R, Vitiello M, Wang X, Ausanio G, Iannotti V, Lanotte L 2004 Appl. Phys. Lett. 84 4502

    [22]

    Albert O, Roger S, Glinec Y, Loulergue J C, Etchepare J, Boulmer-Leborgne C, Perrire J, Millon E 2003 Appl. Phys. A 76 319

    [23]

    Zhao Q Z, Qiu J R 2005 Physics 34 660 (in Chinese) [赵全忠, 邱建荣 2005 物理 34 660]

    [24]

    Luo F F, Song J, Hu X, Sun H Y, Lin G, Pan H H, Cheng Y, Liu L, Qiu J R, Zhao Q Z, Xu Z Z 2011 Opt. Lett. 36 2125

    [25]

    He F, Cheng Y 2007 Chin. J. Lasers 34 595 (in Chinese) [何飞, 程亚 2007 中国激光 34 595]

    [26]

    Malitson I H 1965 J. Opt. Soc. Am. 55 1205

    [27]

    Shimotsuma Y, Hirao K, Kazansky P G, Qiu J 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 4735

    [28]

    Wu S, Wu D, Xu J, Hanada Y, Suganuma R, Wang H, Makimura T, Sugioka K, Midorikawa K 2012 Opt. Express 20 28893

    [29]

    Pan J L 1994 Glass Technology (Beijing: China Light Industry Press) p81 (in Chinese) [潘金龙 1994 玻璃工艺学 (北京: 中国轻工业出版社) 第81页]

    [30]

    Eaton S M, Zhang H B, Herman P R, Yoshino F 2005 Opt. Express 13 4708

    [31]

    Tzortzakis S, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Berg L 2001 Phys. Rev. Lett. 87 213902

    [32]

    Sun Q, Jiang H, Liu Y, Wu Z, Yang H, Gong Q 2005 Opt. Lett. 30 320

    [33]

    Amoruso S, Ausanio G, Bruzzese R, Vitiello M, Wang X 2005 Phys. Rev. B 7 1

    [34]

    Liao Y, Zeng B, Qiao L, Liu L, Sugioka K, Cheng Y 2014 Appl. Phys. A 114 223

    [35]

    Eaton S M, Zhang H, Ng M L, Li J, Chen W J, Ho S, Herman P R 2008 Opt. Express 16 9443

  • [1]

    Sugioka K, Cheng Y 2013 (Boca Raton: CRC Press) p6

    [2]

    Balling P, Schou J 2013 Rep. Prog. Phys. 76 036502

    [3]

    Wang C W, Zhao Q Z, Zhang Y, Wang G D, Qian J, Bao Z J, Li Y B, Bai F, Fan W Z 2015 Acta Phys. Sin. 64 205204 (in Chinese) [王承伟, 赵全忠, 张扬, 王关德, 钱静, 鲍宗杰, 李阳博, 柏锋, 范文中 2015 物理学报 64 205204]

    [4]

    Chimier B, Uteza O, Sanner N, Sentis M, Itina T, Lassonde P, Legare F, Vidal F, Kieffer J C 2011 Phys. Rev. B 84 1

    [5]

    Jiang L, Tsai H L 2008 J. Appl. Phys. 104 093101

    [6]

    Wang C, Zhao Q, Qian J, Li Y, Wang G, Zhang Y, Pan H, Bao Z, Bai F, Fan W 2015 Proc. SPIE 9532 Shanghai, May 17, 2015 p953200

    [7]

    Chichkov B N, Momma C, Nolte S, Alvensleben F V, Tunnermann A 1996 Appl. Phys. A 63 109

    [8]

    Liu J, Schroeder H, Chin S L, Li R, Yu W, Xu Z 2005 Phys. Rev. A 72 1

    [9]

    Ji Z G 2010 Ph. D. Dissertation (Beijing: Chinese Academy of Sciences) (in Chinese) [季忠刚 2010 博士学位论文 (北京: 中国科学院)]

    [10]

    Toftmann B, Schou J, Hansen T T, Lunney J G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 3998

    [11]

    Tran K A, Grigorov Y V, Nguyen V H, Rehman Z U, Le N T, Janulewicz K A 2015 Proc. SPIE 9532 Shanghai, May 17, 2015 p953205

    [12]

    Puerto D, Siegel J, Gawelda W, Galvan-Sosa M, Ehrentraut L, Bonse J, Solis J 2010 J. Opt. Soc. Am. B 27 1065

    [13]

    Nakimana A, Tao H Y, Hao Z Q, Sun C K, Xun G, Lin J Q 2013 Chin. Phys. B 22 14209

    [14]

    Chen M, Li S, Cui Q Q, Liu X D 2013 Chin. Phys. B 22 106101

    [15]

    Carr C W, Radousky H B, Rubenchik A M, Feit M D, Demos S G 2004 Phys. Rev. Lett. 92 087401

    [16]

    Momma C, Nolte S, Chichkov B N, Alvensleben F V, Tnnermann A 1997 Appl. Surf. Sci. 109 15

    [17]

    Carr C W, Feit M D, Rubenchik A M, Mange P D, Kucheyev S O, Shirk M D, Radousky H B, Demos S G 2005 Opt. Lett. 30 661

    [18]

    Carr C W, Feit M D, Rubenchik A M, Demange P P, Kucheyev S O, Shirk M D, Radousky H B, Demos S G 2005 Proc. SPIE 5647 494

    [19]

    Linde D V D 1994 Laser Interactions with Atoms, Solids and Plasmas (New York: Plenum Press) p207

    [20]

    Sanz M, Castillejo M, Amoruso S, Ausanio G, Bruzzese R, Wang X 2010 Appl. Phys. A 101 639

    [21]

    Amoruso S, Bruzzese R, Spinelli N, Velotta R, Vitiello M, Wang X, Ausanio G, Iannotti V, Lanotte L 2004 Appl. Phys. Lett. 84 4502

    [22]

    Albert O, Roger S, Glinec Y, Loulergue J C, Etchepare J, Boulmer-Leborgne C, Perrire J, Millon E 2003 Appl. Phys. A 76 319

    [23]

    Zhao Q Z, Qiu J R 2005 Physics 34 660 (in Chinese) [赵全忠, 邱建荣 2005 物理 34 660]

    [24]

    Luo F F, Song J, Hu X, Sun H Y, Lin G, Pan H H, Cheng Y, Liu L, Qiu J R, Zhao Q Z, Xu Z Z 2011 Opt. Lett. 36 2125

    [25]

    He F, Cheng Y 2007 Chin. J. Lasers 34 595 (in Chinese) [何飞, 程亚 2007 中国激光 34 595]

    [26]

    Malitson I H 1965 J. Opt. Soc. Am. 55 1205

    [27]

    Shimotsuma Y, Hirao K, Kazansky P G, Qiu J 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 4735

    [28]

    Wu S, Wu D, Xu J, Hanada Y, Suganuma R, Wang H, Makimura T, Sugioka K, Midorikawa K 2012 Opt. Express 20 28893

    [29]

    Pan J L 1994 Glass Technology (Beijing: China Light Industry Press) p81 (in Chinese) [潘金龙 1994 玻璃工艺学 (北京: 中国轻工业出版社) 第81页]

    [30]

    Eaton S M, Zhang H B, Herman P R, Yoshino F 2005 Opt. Express 13 4708

    [31]

    Tzortzakis S, Sudrie L, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Berg L 2001 Phys. Rev. Lett. 87 213902

    [32]

    Sun Q, Jiang H, Liu Y, Wu Z, Yang H, Gong Q 2005 Opt. Lett. 30 320

    [33]

    Amoruso S, Ausanio G, Bruzzese R, Vitiello M, Wang X 2005 Phys. Rev. B 7 1

    [34]

    Liao Y, Zeng B, Qiao L, Liu L, Sugioka K, Cheng Y 2014 Appl. Phys. A 114 223

    [35]

    Eaton S M, Zhang H, Ng M L, Li J, Chen W J, Ho S, Herman P R 2008 Opt. Express 16 9443

  • [1] 何宝平, 陈 伟, 王桂珍. CMOS器件60Co γ射线、电子和质子电离辐射损伤比较. 物理学报, 2006, 55(7): 3546-3551. doi: 10.7498/aps.55.3546
    [2] 范正修, 邵建达, 夏志林. 激光作用下薄膜中的电子-声子散射速率. 物理学报, 2006, 55(6): 3007-3012. doi: 10.7498/aps.55.3007
    [3] 何斌, 常铁强, 张家泰, 许林宝. 超强激光场等离子体中电子纵向运动的研究. 物理学报, 2001, 50(10): 1939-1945. doi: 10.7498/aps.50.1939
    [4] 刘李辉, 邹宏新, 刘曲, 李玺. 199Hg+光频标的黑体辐射频移. 物理学报, 2012, 61(10): 103101. doi: 10.7498/aps.61.103101
    [5] 周强, 胡伟琴, 蔡根旺, 梁二军, 丁佩. 利用电介质柱共振器实现电磁响应模式可转变的电磁超介质. 物理学报, 2011, 60(5): 054102. doi: 10.7498/aps.60.054102
    [6] 滕建, 朱斌, 王剑, 洪伟, 闫永宏, 赵宗清, 曹磊峰, 谷渝秋. 激光加速质子束对电磁孤立子的照相模拟研究. 物理学报, 2013, 62(11): 114103. doi: 10.7498/aps.62.114103
    [7] 滕建, 洪伟, 何颖玲, 谷渝秋, 丁永坤, 秦孝尊, 赵宗清, 巫顺超. 激光质子照相特性模拟研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1635-1641. doi: 10.7498/aps.58.1635
    [8] 张涛. 光与电子之间能量交换的一个诱因. 物理学报, 2009, 58(1): 234-237. doi: 10.7498/aps.58.234
    [9] 秦丽, 郭红霞, 张凤祁, 盛江坤, 欧阳晓平, 钟向丽, 丁李利, 罗尹虹, 张阳, 琚安安. 铁电存储器60Co γ射线及电子总剂量效应研究. 物理学报, 2018, 67(16): 166101. doi: 10.7498/aps.67.20180829
    [10] 程兴奎, 周均铭, 黄绮. 超晶格结构中电子的波动性. 物理学报, 2001, 50(3): 536-539. doi: 10.7498/aps.50.536
    [11] 钱立冰, 李鹏飞, 靳博, 靳定坤, 宋光银, 张琦, 魏龙, 牛犇, 万成亮, 周春林, Arnold Milenko Müller, Max Dobeli, 宋张勇, 杨治虎, Reinhold Schuch, 张红强, 陈熙萌. 低能电子在外层导电屏蔽的玻璃锥管中的传输. 物理学报, 2017, 66(12): 124101. doi: 10.7498/aps.66.124101
    [12] 冯志刚, 张好, 张临杰, 李昌勇, 赵建明, 贾锁堂. 超冷铯Rydberg原子寿命的测量. 物理学报, 2011, 60(7): 073202. doi: 10.7498/aps.60.073202
    [13] 李东海, 陈发良. 超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算. 物理学报, 2011, 60(6): 067804. doi: 10.7498/aps.60.067804
    [14] 朱方, 张兆传, 戴舜, 罗积润. 电介质表面纵向射频电场对次级电子倍增效应的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 084103. doi: 10.7498/aps.60.084103
    [15] 封国宝, 曹猛, 崔万照, 李军, 刘纯亮, 王芳. 电子辐照电介质样品带电泄放弛豫特性研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067901. doi: 10.7498/aps.66.067901
    [16] 李维勤, 霍志胜, 蒲红斌. 电介质/半导体结构样品电子束感生电流瞬态特性. 物理学报, 2020, 69(6): 060201. doi: 10.7498/aps.69.20191543
    [17] 韩建伟, 黄建国, 张振龙, 全荣辉. 电介质材料辐射感应电导率的模型研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6642-6647. doi: 10.7498/aps.56.6642
    [18] 王广辉, 王晓方, 董克攻. 超短超强激光导引及对电子加速的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 165201. doi: 10.7498/aps.61.165201
    [19] 刘福绥, 范希明. 电介质损耗理论. 物理学报, 1984, 33(11): 1589-1592. doi: 10.7498/aps.33.1589
    [20] 李婷, 卢晓同, 张强, 孔德欢, 王叶兵, 常宏. 锶原子光晶格钟黑体辐射频移评估. 物理学报, 2019, 68(9): 093701. doi: 10.7498/aps.68.20182294
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-16
  • 修回日期:  2016-05-08
  • 刊出日期:  2016-06-05

黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

  • 1. 同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092;
  • 2. 中国科学院上海光学精密机械研究所, 强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800;
  • 3. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 通信作者: 赵全忠, zqz@siom.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11374316)资助的课题.

摘要: 黑体辐射法可用于测量电介质内部被超短脉冲激光加工后, 电子和晶格的瞬时温度. 当一个超短激光脉冲通过物镜聚焦到石英玻璃内部时, 在焦点附近诱导出微结构. 微结构中热影响区的最大宽度为16 m, 热影响区发出的黑体辐射谱通过物镜、带耦合透镜的光纤、光谱仪以及ICCD组装成的系统记录. 测试系统收集了电介质内部被单个激光脉冲辐照后, 热影响区发射的黑体辐射谱, 然后用Planck公式拟合黑体辐射谱, 得到电介质温度. 电介质被超短激光脉冲辐照后, 首先电介质中的价带电子通过强场电离和雪崩电离跃迁到导带, 高温高压的等离子体以冲击波的形式向外运动, 通过对流方式传递能量, 该过程发生在激光辐照石英后21 ns内. 21 ns 后冲击波转化为声波, 中心的气态石英通过热扩散方式影响周围的固态区域, 石英温度缓慢下降. 在时刻t (单位ns), 石英玻璃的温度为5333 exp(-t/1289) K. 石英经过3.72 s将冷却到室温, 因此重复频率在269 kHz以上的激光, 加工石英玻璃时具有热累积效应.

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