搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究

李世雄 白忠臣 黄政 张欣 秦水介 毛文雪

激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究

李世雄, 白忠臣, 黄政, 张欣, 秦水介, 毛文雪
PDF
导出引用
导出核心图
  • 利用调Q的Nd: YAG激光器输出的纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道, 显微镜下观察微通道深度可达4 mm, 通道周围没有发现热裂纹, 围绕通道内壁产生了固化层. 研究了纳秒脉冲下固体材料损伤的电离机理. 波长为1064 nm, 光强不很强的纳秒脉冲作用时, 光学击穿中等离子体的形成主要是雪崩电离的结果, 利用雪崩击穿的阈值理论得到了等离子体形成模型, 求出了等离子体形成范围, 理论模型结果与实验结果基本相符.最后基于激光支持的爆轰波模型, 利用流体力学理论求出了等离子体的温度、速度、压强等特征参数, 并分析了微通道的特点.高温高压的等离子体烧蚀出石英微通道, 等离子通过后, 在冲击波压力作用下微通道内壁熔化的石英凝固形成固化层.
    • 基金项目: 贵州省社会发展攻关计划(批准号: 黔科合SY[2010]3037号) 和贵州省科学技术基金(批准号: 黔科合J字[2010]2103号) 资助的课题.
    [1]

    Qin S J, Li W J 2002 Appl. Phys. A 74 773

    [2]

    Qin S J, Li W J 2004 Acta Mech. Sin. 20 125

    [3]

    Fan Y F, Qin S J 2006 Laser and Optoelectronics Progress 43 64 (in Chinese) [樊永发, 秦水介 2006 激光与光电子学进展 43 64]

    [4]

    Feng C L, Wang H X, Qin S J 2010 Laser Technol. 34 433 (in Chinese) [冯彩玲, 王海旭, 秦水介 2010 激光技术 34 433]

    [5]

    Raizer Y P 1966 Sov. Phys. Usp. 8 650

    [6]

    Docchio F, Regondi P, Capon M R C, Mellerio J 1988 Appl. Opt. 27 3661

    [7]

    Fan C H, Longtin J P 2001 Appl. Opt. 40 3124

    [8]

    Lu J, Ni X W, He A Z 1996 Physics of the Interaction for Laser and Materials ( Beijing: China Machine Press) pp98--166 (in Chinese) [陆建, 倪晓武, 贺安之 1996 激光与材料相互作用物理学 (北京: 机械工业出版社) 第98---166页]

    [9]

    Shen Y R 1984 The Principles of Nonlinear Optics (New York: Wiley) pp528--539

    [10]

    Kennedy P K 1995 IEEE J. Quantum Electron 31 2241

    [11]

    Bloembergen N 1974 IEEE J. Quantum Electron QE-10 375

    [12]

    Noack J, Vogel A 1999 IEEE J. Quantum Electron 35 1156

    [13]

    Deng Y P, Jia T Q, Leng Y X, Lu H O, Li R X, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2216 (in Chinese) [邓蕴沛, 贾天卿, 冷雨欣, 陆海鸥, 李儒新, 徐至展 2004 物理学报 53 2216]

    [14]

    Han J H, Feng G Y, Yang L M, Zhang Q H, Xie X D, Zhu Q H, Zhou S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5558 (in Chinese) [韩敬华, 冯国英, 杨李茗, 张秋慧, 谢旭东, 朱启华, 周寿桓 2008 物理学报 57 5558]

    [15]

    Li X X, Jia T Q, Feng D H, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2154 (in Chinese) [李晓溪, 贾天卿, 冯东海, 徐至展 2004 物理学报 53 2154]

    [16]

    Yu B H, Dai N L, Wang Y, Li Y H, Li L L, Zheng Q G, Lu P X 2007 Acta Phys. Sin. 56 5821 (in Chinese) [余本海, 戴能力, 王英, 李玉华, 李玲玲, 郑启光, 陆培祥 2007 物理学报 56 5821]

    [17]

    Hua J R, Zu X T, Li L, Yuan X D, Zheng W G, Jiang X D 2009 High Power Laser and Particle Beams 21 919 (in Chinese) [花金荣, 祖小涛, 李莉, 袁晓东, 郑万国, 蒋晓东 2009 强激光与粒子束 21 919]

    [18]

    Gan R B, Lin L B, Lu Y, Liu Q, Zhuo Z Y, Jiang X D, Huang Z X, Ye L 2001 High Power Laser and Particle Beams 13 603 (in Chinese) [甘荣兵, 林理彬, 卢勇, 刘强, 卓志云, 蒋晓东, 黄祖鑫, 叶琳 2001 强激光与粒子束 13 603]

    [19]

    Siegman A E 1986 Lasers (Sausalito: University Science Books) pp663--674

    [20]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

    [21]

    Allmen M V (translated by Qi H B, Hu H B, Xie B L, Peng J) 1994 Laser Beam Interactions with Matedals: Physical Prineipie and Application (Beijing: Science Press) pp171--187 (in Chinese) [奥尔曼 M V著 (漆海滨, 胡洪波, 谢柏林, 彭健译) 1994 激光束与材料相互作用的原理及应用(北京: 科学出版社) 第171---187页]

    [22]

    Sun C W 2002 Laser Irradiation Effects (Beijing: National Defence Industry Press) pp112--114 (in Chinese) [孙承纬 2002 激光辐照效应 (北京: 国防工业出版社) 第112---114页]

    [23]

    Anthony N P 1973 Phys. Fluids 16 1435

  • [1]

    Qin S J, Li W J 2002 Appl. Phys. A 74 773

    [2]

    Qin S J, Li W J 2004 Acta Mech. Sin. 20 125

    [3]

    Fan Y F, Qin S J 2006 Laser and Optoelectronics Progress 43 64 (in Chinese) [樊永发, 秦水介 2006 激光与光电子学进展 43 64]

    [4]

    Feng C L, Wang H X, Qin S J 2010 Laser Technol. 34 433 (in Chinese) [冯彩玲, 王海旭, 秦水介 2010 激光技术 34 433]

    [5]

    Raizer Y P 1966 Sov. Phys. Usp. 8 650

    [6]

    Docchio F, Regondi P, Capon M R C, Mellerio J 1988 Appl. Opt. 27 3661

    [7]

    Fan C H, Longtin J P 2001 Appl. Opt. 40 3124

    [8]

    Lu J, Ni X W, He A Z 1996 Physics of the Interaction for Laser and Materials ( Beijing: China Machine Press) pp98--166 (in Chinese) [陆建, 倪晓武, 贺安之 1996 激光与材料相互作用物理学 (北京: 机械工业出版社) 第98---166页]

    [9]

    Shen Y R 1984 The Principles of Nonlinear Optics (New York: Wiley) pp528--539

    [10]

    Kennedy P K 1995 IEEE J. Quantum Electron 31 2241

    [11]

    Bloembergen N 1974 IEEE J. Quantum Electron QE-10 375

    [12]

    Noack J, Vogel A 1999 IEEE J. Quantum Electron 35 1156

    [13]

    Deng Y P, Jia T Q, Leng Y X, Lu H O, Li R X, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2216 (in Chinese) [邓蕴沛, 贾天卿, 冷雨欣, 陆海鸥, 李儒新, 徐至展 2004 物理学报 53 2216]

    [14]

    Han J H, Feng G Y, Yang L M, Zhang Q H, Xie X D, Zhu Q H, Zhou S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5558 (in Chinese) [韩敬华, 冯国英, 杨李茗, 张秋慧, 谢旭东, 朱启华, 周寿桓 2008 物理学报 57 5558]

    [15]

    Li X X, Jia T Q, Feng D H, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2154 (in Chinese) [李晓溪, 贾天卿, 冯东海, 徐至展 2004 物理学报 53 2154]

    [16]

    Yu B H, Dai N L, Wang Y, Li Y H, Li L L, Zheng Q G, Lu P X 2007 Acta Phys. Sin. 56 5821 (in Chinese) [余本海, 戴能力, 王英, 李玉华, 李玲玲, 郑启光, 陆培祥 2007 物理学报 56 5821]

    [17]

    Hua J R, Zu X T, Li L, Yuan X D, Zheng W G, Jiang X D 2009 High Power Laser and Particle Beams 21 919 (in Chinese) [花金荣, 祖小涛, 李莉, 袁晓东, 郑万国, 蒋晓东 2009 强激光与粒子束 21 919]

    [18]

    Gan R B, Lin L B, Lu Y, Liu Q, Zhuo Z Y, Jiang X D, Huang Z X, Ye L 2001 High Power Laser and Particle Beams 13 603 (in Chinese) [甘荣兵, 林理彬, 卢勇, 刘强, 卓志云, 蒋晓东, 黄祖鑫, 叶琳 2001 强激光与粒子束 13 603]

    [19]

    Siegman A E 1986 Lasers (Sausalito: University Science Books) pp663--674

    [20]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

    [21]

    Allmen M V (translated by Qi H B, Hu H B, Xie B L, Peng J) 1994 Laser Beam Interactions with Matedals: Physical Prineipie and Application (Beijing: Science Press) pp171--187 (in Chinese) [奥尔曼 M V著 (漆海滨, 胡洪波, 谢柏林, 彭健译) 1994 激光束与材料相互作用的原理及应用(北京: 科学出版社) 第171---187页]

    [22]

    Sun C W 2002 Laser Irradiation Effects (Beijing: National Defence Industry Press) pp112--114 (in Chinese) [孙承纬 2002 激光辐照效应 (北京: 国防工业出版社) 第112---114页]

    [23]

    Anthony N P 1973 Phys. Fluids 16 1435

  • [1] 刘明伟, 龚顺风, 李劲, 姜春蕾, 张禹涛, 周并举. 低密等离子体通道中的非共振激光直接加速. 物理学报, 2015, 64(14): 145201. doi: 10.7498/aps.64.145201
    [2] 王承伟, 赵全忠, 张扬, 王关德, 钱静, 鲍宗杰, 李阳博, 柏锋, 范文中. 偏振对飞秒激光辐照LiF晶体的影响. 物理学报, 2015, 64(20): 205204. doi: 10.7498/aps.64.205204
    [3] 李志刚, 程立, 袁忠才, 汪家春, 时家明. 高功率微波作用下等离子体中的雪崩效应研究. 物理学报, 2017, 66(19): 195202. doi: 10.7498/aps.66.195202
    [4] 卢新培, 潘垣, 张寒虹. 水中脉冲放电等离子体通道特性及气泡破裂过程. 物理学报, 2002, 51(8): 1768-1772. doi: 10.7498/aps.51.1768
    [5] 陈向荣, 付志坚, 陈其峰. 部分电离金属钛和银等离子体输运性质的计算. 物理学报, 2011, 60(5): 055202. doi: 10.7498/aps.60.055202
    [6] 韩波, 王菲鹿, 梁贵云, 赵刚. 实验室光致电离等离子体中激发过程的研究. 物理学报, 2016, 65(11): 110503. doi: 10.7498/aps.65.110503
    [7] 成玉国, 程谋森, 王墨戈, 李小康. 磁场对螺旋波等离子体波和能量吸收影响的数值研究. 物理学报, 2014, 63(3): 035203. doi: 10.7498/aps.63.035203
    [8] 张 民, 吴振森. 脉冲波在空间等离子体介质中传播的矩分析及其应用. 物理学报, 2007, 56(10): 5937-5944. doi: 10.7498/aps.56.5937
    [9] 王 彬, 谢文楷. 等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析. 物理学报, 2007, 56(12): 7138-7146. doi: 10.7498/aps.56.7138
    [10] 马春光, 赵青, 何果, 郑灵, 刘建卫, 罗先刚. 毫米波在等离子体中的衰减特性研究. 物理学报, 2011, 60(5): 055201. doi: 10.7498/aps.60.055201
    [11] 董太源, 叶坤涛, 刘维清. 表面波等离子体源的发展现状. 物理学报, 2012, 61(14): 145202. doi: 10.7498/aps.61.145202
    [12] 郑灵, 赵青, 罗先刚, 马平, 刘述章, 黄成, 邢晓俊, 张春艳, 陈旭霖. 等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究. 物理学报, 2012, 61(15): 155203. doi: 10.7498/aps.61.155203
    [13] 陈文波, 龚学余, 路兴强, 冯军, 廖湘柏, 黄国玉, 邓贤君. 基于动理论模型的一维等离子体电磁波传输特性分析. 物理学报, 2014, 63(21): 214101. doi: 10.7498/aps.63.214101
    [14] 杨雄, 程谋森, 王墨戈, 李小康. 螺旋波等离子体放电三维直接数值模拟. 物理学报, 2017, 66(2): 025201. doi: 10.7498/aps.66.025201
    [15] 张秋菊, 武慧春, 王兴海, 盛政明, 张 杰. 超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成. 物理学报, 2007, 56(12): 7106-7113. doi: 10.7498/aps.56.7106
    [16] 夏志林, 郭培涛, 薛亦渝, 黄才华, 李展望. 短脉冲激光诱导薄膜损伤的等离子体爆炸过程分析. 物理学报, 2010, 59(5): 3523-3530. doi: 10.7498/aps.59.3523
    [17] 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. 物理学报, 2011, 60(2): 025203. doi: 10.7498/aps.60.025203
    [18] 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
    [19] 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
    [20] 钟志成, 张端明, 关 丽, 李智华, 侯思普, 杨凤霞, 郑克玉. 脉冲激光制膜过程中等离子体演化规律的研究. 物理学报, 2003, 52(1): 242-246. doi: 10.7498/aps.52.242
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  2162
  • PDF下载量:  627
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-06
  • 修回日期:  2012-06-05
  • 刊出日期:  2012-06-05

激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究

  • 1. 贵州大学贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵阳 550025
    基金项目: 

    贵州省社会发展攻关计划(批准号: 黔科合SY[2010]3037号) 和贵州省科学技术基金(批准号: 黔科合J字[2010]2103号) 资助的课题.

摘要: 利用调Q的Nd: YAG激光器输出的纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道, 显微镜下观察微通道深度可达4 mm, 通道周围没有发现热裂纹, 围绕通道内壁产生了固化层. 研究了纳秒脉冲下固体材料损伤的电离机理. 波长为1064 nm, 光强不很强的纳秒脉冲作用时, 光学击穿中等离子体的形成主要是雪崩电离的结果, 利用雪崩击穿的阈值理论得到了等离子体形成模型, 求出了等离子体形成范围, 理论模型结果与实验结果基本相符.最后基于激光支持的爆轰波模型, 利用流体力学理论求出了等离子体的温度、速度、压强等特征参数, 并分析了微通道的特点.高温高压的等离子体烧蚀出石英微通道, 等离子通过后, 在冲击波压力作用下微通道内壁熔化的石英凝固形成固化层.

English Abstract

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回