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飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

高勋 宋晓伟 陶海岩 林景全 郭凯敏

飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

高勋, 宋晓伟, 陶海岩, 林景全, 郭凯敏
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  • 对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60978014, 11074027)、吉林省科技厅基金(批准号: 20090523, 20100168, 20100521)、吉林省教育厅基金(批准号: [2008]297)和长春市科技局国际合作项目(批准号:09GH01)资助的课题.
    [1]

    Yang J J, Liu W W, Zhu X N 2007 Chin. Phys. 16 2003

    [2]

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

    [3]

    Li Y P, Liu Z T 2009 Acta Phys. Sin. 58 5022 (in Chinese) [李阳平、 刘正堂 2009 物理学报 58 5022]

    [4]

    Perriere J, Boulmer-Leborgne C, Benzerga R, Tricot S 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 7069

    [5]

    Vorobyev A Y, Makin V S, Guo C L 2009 Phys. Rev. Lett. 102 234301

    [6]

    Her T H, Finlay R J, Wu C, Deliwala S, Mazur E 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1673

    [7]

    Huang Q J 2008 Acta Phys. Sin. 57 2314 (in Chinese) [黄庆举 2008 物理学报 57 2314]

    [8]

    Hafez M A, Khedr M A, Elaksher F F, Gamal Y E 2003 Plasma Sources Sci. Tech. 12 185

    [9]

    Man B Y, Dong Q L, Liu A H, Wei X Q, Zhang Q G, He J L, Wang X T 2004 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6 17

    [10]

    Camacho J J, Diaz L, Santos M, Reyman D, Poyato J M L 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 105201

    [11]

    Guillermin M, Liebig C, Garrelie F, Stoian R, Loir A S, Audouard E 2009 Appl. Surf. Sci. 255 5163

    [12]

    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Zhai H C 2009 Acta Phys. Sin. 58 7662 (in Chinese) [胡浩丰、 王晓雷、 李智磊、 张 楠、 翟宏琛 2009 物理学报 58 7662]

    [13]

    Yamagata Y, Sharma A, Narayan J, Mayo R M, Newman J W, Ebihara K 1999 J. Appl. Phys. 86 4154

    [14]

    Hong M H, Lu Y F, Bong S K 2000 Appl. Surf. Sci. 154—155 196

    [15]

    Chen C S, Zhou X L, Man B Y, Zhang Y Q, Guo J 2009 Optik 120 473

    [16]

    Junkel G C, Gunderson M A, Hooper C F 2000 Phys. Rev. E 62 5584

  • [1]

    Yang J J, Liu W W, Zhu X N 2007 Chin. Phys. 16 2003

    [2]

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

    [3]

    Li Y P, Liu Z T 2009 Acta Phys. Sin. 58 5022 (in Chinese) [李阳平、 刘正堂 2009 物理学报 58 5022]

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    Perriere J, Boulmer-Leborgne C, Benzerga R, Tricot S 2007 J. Phys. D: Appl. Phys. 40 7069

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    Her T H, Finlay R J, Wu C, Deliwala S, Mazur E 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1673

    [7]

    Huang Q J 2008 Acta Phys. Sin. 57 2314 (in Chinese) [黄庆举 2008 物理学报 57 2314]

    [8]

    Hafez M A, Khedr M A, Elaksher F F, Gamal Y E 2003 Plasma Sources Sci. Tech. 12 185

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    Man B Y, Dong Q L, Liu A H, Wei X Q, Zhang Q G, He J L, Wang X T 2004 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6 17

    [10]

    Camacho J J, Diaz L, Santos M, Reyman D, Poyato J M L 2008 J. Phys. D: Appl. Phys. 41 105201

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    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Zhai H C 2009 Acta Phys. Sin. 58 7662 (in Chinese) [胡浩丰、 王晓雷、 李智磊、 张 楠、 翟宏琛 2009 物理学报 58 7662]

    [13]

    Yamagata Y, Sharma A, Narayan J, Mayo R M, Newman J W, Ebihara K 1999 J. Appl. Phys. 86 4154

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    Hong M H, Lu Y F, Bong S K 2000 Appl. Surf. Sci. 154—155 196

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  • [1] 刘月华, 陈明, 刘向东, 崔清强, 赵明文. 透镜到靶材的距离对脉冲激光诱导等离子体的影响机理研究. 物理学报, 2013, 62(2): 025203. doi: 10.7498/aps.62.025203
    [2] 朱竹青, 王晓雷. 飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究. 物理学报, 2011, 60(8): 085205. doi: 10.7498/aps.60.085205
    [3] 唐京武, 黄笃之, 易有根. Au激光等离子体X射线发射光谱的理论研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7769-7774. doi: 10.7498/aps.59.7769
    [4] 郭凯敏, 高 勋, 郝作强, 鲁毅, 孙长凯, 林景全. 空气中飞秒激光等离子体荧光辐射光谱研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075212. doi: 10.7498/aps.61.075212
    [5] 彭英才, 王英龙, 卢丽芳, 闫常瑜, 褚立志, 周 阳, 傅广生. 具有窄光致发光谱的纳米Si晶薄膜的激光烧蚀制备. 物理学报, 2005, 54(12): 5738-5742. doi: 10.7498/aps.54.5738
    [6] 杨向东, 谷渝秋, 郑志坚, 周维民, 温天舒, 淳于书泰, 焦春晔, 陈 豪, 蔡达锋. 飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子能量分布的实验研究. 物理学报, 2005, 54(1): 186-191. doi: 10.7498/aps.54.186
    [7] 张端明, 李智华, 关 丽, 李 莉, 谭新玉. 纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中的烧蚀特性研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3915-3921. doi: 10.7498/aps.54.3915
    [8] 刘玉峰, 丁艳军, 彭志敏, 黄宇, 杜艳君. 激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究. 物理学报, 2014, 63(20): 205205. doi: 10.7498/aps.63.205205
    [9] 邓泽超, 罗青山, 丁学成, 褚立志, 梁伟华, 陈金忠, 傅广生, 王英龙. 脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核气压阈值及动力学研究. 物理学报, 2011, 60(12): 126801. doi: 10.7498/aps.60.126801
    [10] 王 鹏, 王兆华, 魏志义, 郑加安, 孙敬华, 张 杰. 用SPIDER法测量飞秒激光脉冲的光谱相位. 物理学报, 2004, 53(9): 3004-3009. doi: 10.7498/aps.53.3004
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-12-27
  • 修回日期:  2010-03-06
  • 刊出日期:  2011-02-15

飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究

  • 1. (1)长春理工大学理学院,长春 130022; (2)长春理工大学理学院,长春 130022;包头师范学院物理科学与技术学院,包头 014030
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:60978014, 11074027)、吉林省科技厅基金(批准号: 20090523, 20100168, 20100521)、吉林省教育厅基金(批准号: [2008]297)和长春市科技局国际合作项目(批准号:09GH01)资助的课题.

摘要: 对中心波长为800 nm,脉宽为100 fs的激光脉冲烧蚀空气中硅(111)产生的等离子体发射光谱进行了时间和空间分辨研究. 结果表明,在等离子体羽膨胀初期(小于50 ns时间范围内),等离子体发射光谱主要由连续光谱构成,此后连续光谱强度逐渐减弱,线状光谱开始占主导地位;在羽体膨胀过程中离子谱线的存在时间短于原子谱线的存在时间. 由时间分辨发射光谱发现在羽体膨胀过程中等离子体辐射波长存在红移现象,波长红移量随时间演化呈二次指数衰减. 最后给出等离子体发射光谱谱线强度的时空演化规律.

English Abstract

参考文献 (16)

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