01 Cyflwyniad Papur
Defnyddir ffilmiau tenau optegol (haen sengl/aml-haenau neu gratiau) yn eang mewn arddangosiadau, systemau laser, dyfeisiau meddygol ac awyrofod. Mae'r modd-technegau cloi a mwyhau curiad y galon (CPA) sy'n gyrru laserau tra chyflym picosecond/femtosecond, er bod cymwysiadau sy'n ehangu megis prosesu deunydd oherwydd pŵer brig uchel, hefyd yn achosi niwed a achosir gan laser oherwydd rhyngweithiadau nad ydynt yn{{4}ffoton thermol-(aml-ffoton, amsugniad ac ati), ffactor cyfyngu'n dod yn amsugno'n fawr. hyd oes cydrannau optegol. Mae rhwyllau ffilm metel, gyda'u hadlewyrchedd eang, yn hanfodol mewn senarios megis cywasgu pwls laser CPA, ond nid yw ymchwil bresennol wedi ymchwilio'n drylwyr i'r berthynas rhwng hyd curiad y galon (yn enwedig y manylion ger y trothwy difrod lleiaf), corbys lluosog a throthwy difrod, nac wedi ystyried yn ddigonol yr amrywiad amserol o effeithiau maes trydan lleol a phriodweddau optegol. Felly, mae'r astudiaeth hon, trwy gyfrifiadau damcaniaethol ac arbrofion, yn ymchwilio i fecanweithiau difrod rhwyllau ffilm alwminiwm (AMG) o dan arbelydru laser picosecond 2-15 ps, gan ddiffinio'r trothwy difrod fel yr isafswm rhuglder laser sy'n achosi newidiadau morffolegol parhaol, tra bod yr 'effaith gronnus' yn cyfeirio at y newidiadau graddol mewn priodweddau thermol, mecanyddol neu electronig materol a achosir gan ddatguddiad dro ar ôl tro.
02 Trosolwg Testun Llawn
Mae'r astudiaeth hon yn canolbwyntio ar AMG, gan ddadansoddi'n systematig hyd pwls laserau picosecond ac effeithiau difrod cronnol corbys lluosog: Yn gyntaf, defnyddir dadansoddiad tonnau cypledig trwyadl (RCWA) i efelychu dosbarthiad y maes trydan lleol, gan nodi corneli crib y gratio fel yr ardaloedd mwyaf agored i niwed; yna, mae'r model tymheredd dau-(TTM) yn nodweddu deinameg gwibgyswllt electronau a delltau, ynghyd â pharamedrau alwminiwm megis gwres cudd ymasiad, i ragfynegi trothwyon difrod un pwls ac aml-pwls; yn arbrofol, mae platfform gyda system delweddu amser real yn cael ei osod i fesur trothwyon difrod gan ddefnyddio laserau lled pwls tiwnadwy 2- 15 ps, gan ganfod y trothwy difrod AMG isaf ar 10 ps (gwerth arbrofol 0.0705 J/cm²), tra'n defnyddio cyfradd ailadrodd 1 kHz ar gyfer difrod 10-1000, gwelir y trothwy arbrofion yn gostwng y gostyngiad yn gynyddol gyda nifer pwls cynyddol (yn gostwng i 0.0346 J/cm² ar 1000 corbys), ac mae morffoleg y difrod (ablation, spattering, ac ati) yn gwaethygu gyda chorbys cronnus. Craidd yr astudiaeth yw sefydlu perthynas feintiol rhwng paramedrau pwls (lled pwls, rhif) a difrod AMG, gan ddarparu cefnogaeth ddamcaniaethol ac arbrofol ar gyfer datblygu haenau optegol sy'n gwrthsefyll laser.
03 Dadansoddiad Graffigol
Mae Ffigur 1 yn dangos yn reddfol y broses trosglwyddo ynni craidd o'r rhyngweithio rhwng laser picosecond a gratio ffilm alwminiwm (AMG). Fel y dangosir, pan fydd y laser tra-gyflym yn digwydd, mae'r electronau rhydd yn y metel yn amsugno egni ffoton yn gyflym gyntaf ac yn gyffrous, gan ffurfio system electronau tymheredd uchel; o ganlyniad, mae'r electronau cynhyrfus yn trosglwyddo egni i'r dellt gam wrth gam trwy brosesau cyplu electronau a ffonon{-ffonon, gan achosi newidiadau mewn tymheredd dellt yn y pen draw. Mae'r broses hon yn torri'r ecwilibriwm thermol rhwng electronau a'r dellt a dyma ffynhonnell ynni sylfaenol y difrod a achosir gan laser, gan ddarparu'r fframwaith ffisegol ar gyfer sefydlu'r model tymheredd dau (TTM) wedi hynny.
Mae Ffigur 2, yn seiliedig ar ddadansoddiad tonnau cypledig trylwyr (RCWA), yn dangos, ar donfedd o 1030 nm, bod dwyster y maes trydan yn uwch ar gorneli crib y gratio, gan ffurfio "mannau poeth" sy'n datgelu pwyntiau cychwyn tebygol difrod. Mae sbectra trawsyrru, adlewyrchiad ac amsugno AMG yn nodi bod cynyddu'r cyfnod gratio yn gwella amsugno ynni ar wahanol donfeddi, gan godi'r risg o ddifrod materol. Mae delweddau SEM yn dangos difrod amlwg ar gorneli crib AMG, yn gyson â lleoliadau "man poeth" y maes trydan, gan ddilysu cywirdeb efelychiadau RCWA.
Mae Ffigur 3 yn meintioli esblygiad tymereddau electronau a dellt yn AMG o dan amlygiad laser picosecond gan ddefnyddio model tymheredd dau-: ar led pwls 10 ps, pan fydd y dwysedd ynni laser yn cyrraedd 0.076 J/cm², mae'r tymheredd dellt yn codi i bwynt toddi alwminiwm (933 K), sy'n cynrychioli difrod sengl {5} ps}; ar ddwysedd ynni sefydlog, mae'r tymheredd electronau brig ar gyfer pwls byr 2 ps yn llawer uwch na'r tymheredd ar gyfer pwls hir 15 ps (gan fod corbys byrrach yn adneuo egni'n gyflymach ac yn canolbwyntio egni electronau); o dan lled pwls 10 ps gyda chyfradd ailadrodd 1 kHz, mae'r trothwy difrod ar ôl 10 curiad yn disgyn i 0.0598 J/cm² oherwydd cronni thermol, sy'n is na'r trothwy pwls sengl.
Yn Ffigur 4, mae'r gosodiad arbrofol yn cyflawni rheolaeth fanwl gywir ar baramedrau laser ac arsylwi amser real o ddifrod trwy fodiwl rheoli ynni sy'n cynnwys ffynhonnell laser lled pwls tiwnadwy 2-15 ps, hanner plât tonnau a pholarydd, yn ogystal â modiwl monitro amser real gyda system delweddu maes tywyll; mae'r gromlin yn dangos, o fewn yr ystod lled pwls 2-15 ps, bod y trothwy difrod AMG ar ei isaf ar 10 ps (gwerth arbrofol 0.0705 J / cm², yn gyson iawn â'r gwerth efelychiedig o 0.076 J / cm²); mae subfigure (c) yn dangos, o dan lled pwls 10 ps, wrth i nifer y corbys gynyddu o 1 i 1000, mae ardal difrod AMG yn ehangu'n raddol ac mae sblatio deunydd yn dod yn fwyfwy difrifol, gan adlewyrchu'n glir yr effaith cronni lluosog.
Casgliad:
Mae'r astudiaeth hon yn cyfuno theori (RCWA+TTM) ac arbrofion i egluro ymddygiad difrod AMG o dan laserau picosecond: mae RCWA yn nodi corneli crib yn gywir fel ardaloedd bregus, mae TTM yn efelychu deinameg dellt electronau yn effeithiol i ragfynegi trothwyon difrod, ac mae arbrofion yn cadarnhau mai 10 ps yw'r trothwy difrod isaf (sy'n deillio o effeithiau synergaidd {3} electronfusion, deinameg delltog. cyfyngiad, ac amsugno dros dro). Mae effaith gronnol sylweddol o dan arbelydru pwls aml-- kHz, gyda throthwy difrod yn gostwng a difrod morffolegol yn gwaethygu wrth i nifer y corbys gynyddu. Er nad yw TTM yn atgynhyrchu'r gwerthoedd arbrofol absoliwt yn llawn oherwydd esgeuluso diffygion deunydd, deinameg newid cyfnod (fel anweddiad), ac effeithiau mecanyddol (fel straen thermol), mae'n dal i ddarparu fframwaith dadansoddol unedig ar gyfer y rhyngweithio rhwng ffilmiau metel strwythuredig a laserau tra chyflym. Mae'r canfyddiadau'n ganllaw sylweddol ar gyfer gwella gwydnwch systemau laser pŵer uchel a chydrannau optegol manwl gywir, dylunio amddiffyniad laser mewn prosesu laser awyrofod a diwydiannol, ac maent yn darparu tystiolaeth allweddol ar gyfer optimeiddio deunyddiau a strwythurau ffilmiau sy'n gwrthsefyll laser.
