山东师范大学 物理与电子科学学院,山东 济南 250014
本文分别利用Gauss、Lorentz和Voigt函数对10 Pa背景气压下飞秒激光诱导Cu等离子体光谱进行了拟合分析,结果表明,光谱在150 ns内与Lorentz线型符合较好,200 ns后与Gauss线型符合较好, Voigt线型与实验谱线一直符合较好。本文还对等离子体的电子密度和温度进行了诊断,并给出了它们随时间的演化;由发射光谱强度的时空演化,推知了等离子体的空间分布;利用时间飞行谱(TOF)得出了等离子体初期沿垂直靶面的膨胀速度。
飞秒激光等离子体 谱线拟合 电子密度 电子温度 膨胀速度 femtosecond-laser-plasma Line fitting electron density electron temperature expansion velocity
Author Affiliations
Abstract
School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
The threshold of a laser-induced breakdown of air is determined experimentally and theoretically. We find that the ionization of air has two steps: the first step is a multi-photon ionization process, which provides enough “seed electrons” to initiate the next step, and the second one is predominated by cascade ionization, which continues to produce free electrons geometrically until the critical free-electron density for breakdown is reached. So a two-step model based on the Morgan ionization model is established to describe the breakdown process. It is found that the time node dividing the two steps is about 9.8 ns in atmospheric air, and the threshold derived from the two-step model proposed here is more consistent with the experimental results than traditional ionization model.
020.0020 Atomic and molecular physics 020.2070 Effects of collisions 020.4180 Multiphoton processes Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 040202
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
2 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
利用增强电荷耦合器(ICCD)光谱探测系统对飞秒激光诱导的Zn等离子体发射光谱进行时间分辨的采集和分析，研究飞秒激光等离子体光谱及其参量的时间演化特性。分析Zn等离子体的连续谱和特征谱的谱线强度随时间的演化，发现连续谱先出现且寿命只有100 ns，随后出现特征谱,对应于不同跃迁的谱强度不同。同时由谱线的展宽和强度及其跃迁能级的相关参数等得到电子密度和温度随时间的演化规律。对谱线频移进行了分析，研究发现在等离子体膨胀初期Zn原子特征谱线(ZnI) 481.0 nm的特征谱线存在较大红移，可达到0.23 nm，延时300 ns后，红移变得很小。频移随电子密度的变化近似呈线性关系。
光谱学 飞秒激光 等离子体光谱 时间演化 频移
1 菏泽学院 物理系，菏泽 274015
2 山东师范大学 物理与电子科学学院，济南 250014
为了研究准分子激光刻蚀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的内在机理，将波长为248nm的KrF准分子激光垂直照射到PMMA材料表面，改变激光能量和脉冲数目，在大气背景下进行实验，照射后样品的表面形貌及化学结构用扫描电子显微镜(SEM)、3维形貌分析仪、X射线光电子能谱(XPS)等手段进行分析。 SEM测试表明,在刻蚀区域出现孔状结构，说明刻蚀过程中有气体成分产生。XPS测试表明,激光照射后C1s峰的强度减弱而O1s峰增强，据此推测PMMA侧链上的甲基被刻蚀掉且空气中的O2参与了反应。另外还研究了激光能量和脉冲数目对刻蚀率和表面粗糙度的影响。结果表明，随着激光能量和脉冲数目增加，刻蚀率和粗糙度并不是一直呈现递增的趋势。
激光技术 光与物质相互作用 激光刻蚀 高分子聚合物 有机玻璃 laser technique interaction between light and matter laser etching high polymers polymethylmetharcylate
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
利用一维辐射转移理论模型对无自蚀现象存在时Al I(394.4 nm)和Al I(396.1 nm)在不同延迟时间下的谱线进行了模拟。为使结果更为可靠，模拟过程中对模型中的参数处理方式进行了改进，最大限度地减少了独立参数的个数，在此条件下给出了能级粒子数密度随延迟时间演化的空间分布情况。通过研究该模型中粒子数空间分布半径参数对谱线线形的影响，得到了谱线自蚀深度与谱线对应上下能级粒子数密度空间分布半径比值的关系并给出了分析结果。此外还研究了频移参数对谱线线形的影响，得出了判断谱线频移的依据，并从实验上得到了验证。
光谱学 谱线模拟 一维辐射转移 频移 激光与光电子学进展
2011, 48(3): 033001
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
利用光学显微镜和扫描电子显微镜对248 nm准分子脉冲强激光辐照的HgCdTe晶片表面进行了观察，观察到一些与红外波段内激光辐照HgCdTe晶片时大不相同的实验现象。研究表明，红外波段内1 064 nm激光辐照HgCdTe半导体材料的损伤机制主要为光热作用，而紫外波段248 nm准分子激光对HgCdTe材料的损伤机制既包含光化学作用也包含光热作用。分析了准分子激光对晶体的机械破坏现象，同时对HgCdTe材料在激光辐照区的条纹产生机理进行了探讨，发现激光驱动声波理论模型比光学模型和热导波模型能更好地解释HgCdTe晶体表面的条纹现象。
248 nm准分子激光 损伤机理 表面周期性条纹 248 nm excimer laser damage mechanism periodic surface ripple HgCdTe HgCdTe
1 山东师范大学物理与电子科学学院,济南,250014
2 中国科学院物理研究所光物理开放实验室,北京,100080
文章从激光等离子体相互作用的非线性薛定谔方程出发,理论研究了飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩行为.结果表明在一定范围内随着激光脉冲宽度、激光强度的增大以及等离子体密度的减小,飞秒强激光脉冲在等离子体中传播的自压缩现象越明显.另外通过适当设定参量得到了近似稳定传播的基孤子.
飞秒强激光脉冲 激光等离子体相互作用 非线性薛定谔方程 自压缩 原子与分子物理学报
2007, 24(6): 1161
Author Affiliations
Abstract
College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Ji'nan 250014
The vaporization threshold was measured under the irradiation of 1064-nm, 10-ns pulsed laser. Then we calculated the vaporization temperature based on the conservation law of energy and analyzed the vaporization time based on our established model. These results coincided well with the information from the micrograph of scanning electron microscope (SEM) and the spectra of the plasma. Besides, the laser ablation rate was also computed and discussed theoretically.
蒸发阈值 蒸发时间 激光烧蚀速率 140.0140 Lasers and laser optics 140.3440 Laser-induced breakdown 140.6810 Thermal effects Chinese Optics Letters
2007, 5(8): 468
山东师范大学物理与电子科学学院, 济南 250014
利用波长为248 nm的准分子激光束在不同激光能量密度下照射聚四氟乙烯(PTFE)材料的表面,并用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)光谱等手段对激光处理前后样品的表面形貌、化学成分和结构进行测量和分析,进而对激光与聚四氟乙烯相互作用的机理进行了研究。实验结果表明,激光辐照使聚四氟乙烯表面产生去氟效应,导致表面碳化、分子链的交联以及含氧基团的产生,随着激光能量密度的增加,C=C双键逐渐形成。这些结构的变化可以导致表面硬度和粘结性增强。激光能量密度的大小对照射后样品表面的物理性质和化学结构有着重要的影响,它是聚合物表面激光改性和烧蚀的关键因素。
激光与物质相互作用 激光表面改性 激光表面刻蚀 聚四氟乙烯
1 山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014
2 德州学院物理系, 德州 253023
脉冲激光辐照处于不同背景气压下的Hg0.8Cd0.2Te材料表面,用时间和空间分辨诊断技术探测了激光照射后产生的等离子体发射谱,根据所获得的飞行时间谱测量了等离子体中粒子的出射速度,结果表明粒子速度随着出射距离的增加迅速减小,且背景气压对出射速度有很大的影响,而激光能量对粒子速度的影响不大。另外根据谱线的展宽计算了等离子体中的电子密度,结果表明,电子密度在激光辐照样品后的短时间内迅速减小,且电子密度最大的位置不是出现在靶的表面而是在距表面一定距离处。
光谱学 激光等离子体发射谱 飞行时间谱 粒子速度 电子密度
