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

飞秒激光热反射系统测量金属薄膜中的热波

王海东 马维刚 张兴 王玮

引用本文:
Citation:

飞秒激光热反射系统测量金属薄膜中的热波

王海东, 马维刚, 张兴, 王玮

Measurement of the thermal wave in metal films using femtosecond laser thermoreflectance system

Wang Hai-Dong, Ma Wei-Gang, Zhang Xing, Wang Wei
PDF
导出引用
  • 金属材料中的热波现象可以利用包含电子弛豫时间影响的双曲两步模型进行理论分析.通过飞秒激光热反射实验系统对金属薄膜材料进行了测量.利用偏振分光棱镜将飞秒激光分成抽运光和探测光,其中较强的抽运光用于加热金属薄膜而较弱的探测光用于探测薄膜表面反射率随时间的变化,两束光之间的光程差通过步进电机进行精确控制.利用金属薄膜反射率和电子温度的正比例关系就可以得到电子温度随时间的变化规律.实验发现在加热激光脉冲过后的电子温度下降区间会出现另一个较弱的电子温度波峰,并利用相同厚度的两块金属薄膜样品重复测量对实验结果进行了验
    The thermal wave phenomenon induced by the ultrafast laser heating in metal films has been studied by different experimental methods in the past. In our experiment, a femtosecond laser pump-probe system is used to study the ultrafast energy transport between the electrons and phonons. The experiments showed a weak wave peak in the electron temperature curve following the main peak caused by the laser pulse. The reproducibility of the results has been tested for different laser intensities and different film samples. This weak peak in electron temperature could be explained by the reflection of the thermal wave from the rear surface. The experimental results agree with the theoretical curves calculated by the hyperbolic two-step model. The speed of the thermal wave is about 5×105 m/s and the electron relaxation time is about 60 fs.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50676046,50730006,50976053)资助的课题.
    [1]

    [1]Qiu T Q, Tien C L 1993 J. Heat Transf. 115 835

    [2]

    [2]Taketoshi N, Baba T, Ono A 2001 Meas. Sci. Technol. 12 2064

    [3]

    [3]Qiu T Q, Tien C L 1993 Int. J. Heat Mass Transf. 37 2789

    [4]

    [4]Tang D W, Araki N 1996 J. Phys.  D 29 2527

    [5]

    [5]Tzou D Y 1995 J. Heat Transf.-Trans. ASME 117 8

    [6]

    [6]Zhang P, Wang R Z, Murakami M 2002 Acta Phys. Sin. 51 1350 (in Chinese) [张鹏、 王如竹、 Murakami M 2002 物理学报 51 1350]

    [7]

    [7]Brorson S D, Fujimoto J G, Ippen E P 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1962

    [8]

    [8]Sigel R, Tsakiris G D, Lavarenne F, Massen J, Fedosejevs R, Meyer-ter-Vehn J, Murakami M, Eidmann K, Witkowski S, 2 Nishimura H, Kato Y, Takabe H, Endo T, Kondo K, Shiraga H, Sakabe S, Jitsuno T, Takagi M, Yamanaka C, Nakai S 1990 Phys. Rev. Lett. 65 587

    [9]

    [9]Guo Z Y, Cao B Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4273 (in Chinese) [过增元、 曹炳阳 2008 物理学报 57 4273]

    [10]

    ]Brorson S D, Kazeroonian A, Moodera J S, Face D W, Cheng T K, Ippen E P, Dresselhaus M S, Dresselhaus G 1990 Phys. Rev. Lett. 64 2172

    [11]

    ]Qiu T Q, Tien C L 1993 Int. J. Heat Mass Transf. 37 2799

    [12]

    ]Hopkins P E, Kassebaum J L, Norris P M 2009 J. Appl. Phys. 105 023710

    [13]

    ]McLeskey J T, Norris P M 2001 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 69 165

    [14]

    ]Norris P M, Caffrey A P, Stevens R J, Klopf J M, McLeskey J T, Smith A N 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 400

    [15]

    ]Anisimov S I, Kapeliovich B L, Perelman T L 1974 Sov. Phys. JETP 39 375

    [16]

    ]Qiu T Q, Tien C L 1992 Int. J. Heat Mass Transf. 35 719

    [17]

    ]Chen J K, Tzou D Y, Beraun J E 2006 Int. J. Heat Mass Transf. 49 307

    [18]

    ]Rosei R, Lynch D W 1972 Phys. Rev. B 5 3883

    [19]

    ]Smith A N, Norris P M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 1240

    [20]

    ]Dai W Z, Niu T C 2008 Nonlin. Anal.: Hybrid Syst. 2 121

    [21]

    ]Maurer M J 1969 J. Appl. Phys. 40 5123

    [22]

    ]Maurer M J, Thompson H A 1973 J. Heat Transf.-Trans. ASME 95 284

    [23]

    ]Zhang H Y, Wu S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5314 (in Chinese) [张红鹰、 吴师岗 2007 物理学报 56 5314]

  • [1]

    [1]Qiu T Q, Tien C L 1993 J. Heat Transf. 115 835

    [2]

    [2]Taketoshi N, Baba T, Ono A 2001 Meas. Sci. Technol. 12 2064

    [3]

    [3]Qiu T Q, Tien C L 1993 Int. J. Heat Mass Transf. 37 2789

    [4]

    [4]Tang D W, Araki N 1996 J. Phys.  D 29 2527

    [5]

    [5]Tzou D Y 1995 J. Heat Transf.-Trans. ASME 117 8

    [6]

    [6]Zhang P, Wang R Z, Murakami M 2002 Acta Phys. Sin. 51 1350 (in Chinese) [张鹏、 王如竹、 Murakami M 2002 物理学报 51 1350]

    [7]

    [7]Brorson S D, Fujimoto J G, Ippen E P 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1962

    [8]

    [8]Sigel R, Tsakiris G D, Lavarenne F, Massen J, Fedosejevs R, Meyer-ter-Vehn J, Murakami M, Eidmann K, Witkowski S, 2 Nishimura H, Kato Y, Takabe H, Endo T, Kondo K, Shiraga H, Sakabe S, Jitsuno T, Takagi M, Yamanaka C, Nakai S 1990 Phys. Rev. Lett. 65 587

    [9]

    [9]Guo Z Y, Cao B Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4273 (in Chinese) [过增元、 曹炳阳 2008 物理学报 57 4273]

    [10]

    ]Brorson S D, Kazeroonian A, Moodera J S, Face D W, Cheng T K, Ippen E P, Dresselhaus M S, Dresselhaus G 1990 Phys. Rev. Lett. 64 2172

    [11]

    ]Qiu T Q, Tien C L 1993 Int. J. Heat Mass Transf. 37 2799

    [12]

    ]Hopkins P E, Kassebaum J L, Norris P M 2009 J. Appl. Phys. 105 023710

    [13]

    ]McLeskey J T, Norris P M 2001 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 69 165

    [14]

    ]Norris P M, Caffrey A P, Stevens R J, Klopf J M, McLeskey J T, Smith A N 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 400

    [15]

    ]Anisimov S I, Kapeliovich B L, Perelman T L 1974 Sov. Phys. JETP 39 375

    [16]

    ]Qiu T Q, Tien C L 1992 Int. J. Heat Mass Transf. 35 719

    [17]

    ]Chen J K, Tzou D Y, Beraun J E 2006 Int. J. Heat Mass Transf. 49 307

    [18]

    ]Rosei R, Lynch D W 1972 Phys. Rev. B 5 3883

    [19]

    ]Smith A N, Norris P M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 1240

    [20]

    ]Dai W Z, Niu T C 2008 Nonlin. Anal.: Hybrid Syst. 2 121

    [21]

    ]Maurer M J 1969 J. Appl. Phys. 40 5123

    [22]

    ]Maurer M J, Thompson H A 1973 J. Heat Transf.-Trans. ASME 95 284

    [23]

    ]Zhang H Y, Wu S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5314 (in Chinese) [张红鹰、 吴师岗 2007 物理学报 56 5314]

  • [1] 张克声, 朱明, 唐文勇, 欧卫华, 蒋学勤. 可激发气体振动弛豫时间的两频点声测量重建算法. 物理学报, 2016, 65(13): 134302. doi: 10.7498/aps.65.134302
    [2] 杨青, 杜广庆, 陈烽, 吴艳敏, 欧燕, 陆宇, 侯洵. 时间整形飞秒激光诱导熔融硅表面纳米周期条纹的电子动力学研究. 物理学报, 2014, 63(4): 047901. doi: 10.7498/aps.63.047901
    [3] 卞华栋, 戴晔, 叶俊毅, 宋娟, 阎晓娜, 马国宏. 紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究. 物理学报, 2014, 63(7): 074209. doi: 10.7498/aps.63.074209
    [4] 徐天宇, 何峰. H2+在阿秒以及双色飞秒激光脉冲中解离时电子位置的相干控制. 物理学报, 2013, 62(6): 068201. doi: 10.7498/aps.62.068201
    [5] 朱丽丹, 孙方远, 祝捷, 唐大伟. 飞秒激光抽运探测热反射法对金属纳米薄膜超快非平衡传热的研究. 物理学报, 2012, 61(13): 134402. doi: 10.7498/aps.61.134402
    [6] 王兵, 吴秀清. 双色噪声驱动光学双稳系统的弛豫时间研究. 物理学报, 2011, 60(7): 074214. doi: 10.7498/aps.60.074214
    [7] 周立伟, 公慧, 张智诠, 张轶飞. 两电极静电同心球系统的近轴电子光学及其空间-时间像差. 物理学报, 2010, 59(8): 5459-5466. doi: 10.7498/aps.59.5459
    [8] 周立伟, 公慧, 张智诠, 张轶飞. 两电极静电同心球系统的成像电子光学及其空间-时间像差. 物理学报, 2010, 59(8): 5450-5458. doi: 10.7498/aps.59.5450
    [9] 董克攻, 谷渝秋, 朱斌, 吴玉迟, 曹磊峰, 何颖玲, 刘红杰, 洪伟, 周维民, 赵宗清, 焦春晔, 温贤伦, 张保汉, 王晓方. 超强飞秒激光尾波场加速产生58 MeV准单能电子束实验. 物理学报, 2010, 59(12): 8733-8738. doi: 10.7498/aps.59.8733
    [10] 孟祥锋, 蔡履中, 王玉荣, 彭翔. 两步广义相移干涉术的光学实验验证. 物理学报, 2009, 58(3): 1668-1674. doi: 10.7498/aps.58.1668
    [11] 赵洪英, 戴长建, 关锋. 钐原子的两步激发共振光电离光谱. 物理学报, 2009, 58(1): 215-222. doi: 10.7498/aps.58.215
    [12] 胡德志. 脉冲激光烧蚀中电声弛豫时间的确定. 物理学报, 2009, 58(2): 1077-1082. doi: 10.7498/aps.58.1077
    [13] 崔玉亭, 游素琴, 武亮, 马勇, 陈京兰, 潘复生, 吴光恒. Ni53.2Mn22.6Ga24.2单晶的两步热弹性马氏体相变及其应力应变特性. 物理学报, 2009, 58(12): 8596-8601. doi: 10.7498/aps.58.8596
    [14] 刘文军, 白 冰, 周常河, 曲士良, 戴恩文, 李国伟. 用反射式达曼光栅产生飞秒激光双脉冲. 物理学报, 2007, 56(6): 3292-3299. doi: 10.7498/aps.56.3292
    [15] 刘运全, 梁文锡, 张 杰, 吴建军, 田进寿, 王俊峰, 赵宝升. 飞秒电子衍射系统的静态特性研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6500-6505. doi: 10.7498/aps.55.6500
    [16] 赵建玉, 孙喜明, 贾 磊. 气体分子动力学交通流模型弛豫时间的改进. 物理学报, 2006, 55(5): 2306-2312. doi: 10.7498/aps.55.2306
    [17] 张鹏, 王如竹, 村上正秀. 超流氦浴中的热波传热研究. 物理学报, 2002, 51(6): 1350-1354. doi: 10.7498/aps.51.1350
    [18] 赵东焕. 自由电子激光中电子与辐射波相互作用有效时间的分析. 物理学报, 1996, 45(4): 573-579. doi: 10.7498/aps.45.573
    [19] 费浩生, 张云, 韩力, 赵峰, 魏振乾. 用喇曼增强非简并四波混频测量喇曼模的横向弛豫时间. 物理学报, 1989, 38(12): 2054-2058. doi: 10.7498/aps.38.2054
    [20] 唐小玲, 王祖赓, 秦莉娟, 郑一善. 基于两步混合激发Na2-Na系统的可调谐红外受激辐射. 物理学报, 1988, 37(8): 1227-1235. doi: 10.7498/aps.37.1227
计量
  • 文章访问数:  7763
  • PDF下载量:  1268
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2009-09-04
  • 修回日期:  2009-12-09
  • 刊出日期:  2010-03-05

/

返回文章
返回