利用超快泵浦探测技术, 研究了近红外飞秒强激光脉冲作用下, 金膜中的超快电子动力学过程。研究发现, 800 nm飞秒激光激发后, 金膜的瞬态反射率存在一个下降过程。通过对金膜的瞬态反射率光谱进行分析和模拟, 发现主要是自由电子弛豫和带间双光子跃迁这两种电子动力学过程综合作用的结果。利用双温模型, 模拟了800 nm飞秒激光作用下金膜的温度弛豫和瞬态反射率变化过程, 理论计算结果与实验结果符合良好。

首先采用有限元法数值计算了铜膜内的电子温度和晶格温度分布变化, 揭示了铜膜内电子非平衡热输运时间随飞秒激光光束参量的变化情况。仿真结果表明, 铜膜内的电子非平衡热输运时间会随着泵浦光束数量及脉冲能量密度的增加而增加, 并且使用三束飞秒泵浦激光作用时, 电子非平衡热输运时间比单脉冲作用时的电子非平衡热输运时间增加了3倍。其次使用三束飞秒激光泵浦的泵浦-探测实验系统进行验证。实验结果表明: 通过用具有一定延时的三束飞秒泵浦激光作用铜膜时, 铜膜表面的瞬态反射率出现三次突变, 使电子非平衡热输运时间得到极大延长, 从而大幅度消除激光加工热障, 并提高加工的质量、精度和效率。

飞秒激光泵浦瞬态热反射技术是研究金属薄膜超快动力学的有效手段, 这种技术具有两大突出特点: 首先, 可以揭示飞秒激光激发的微观电、 声子的传输过程是一个非平衡热输运过程。 其次, 反射率瞬态变化实验中电子运动的超短时间分辨可以用来研究热过程中电子的非平衡相互作用情况。 利用磁控溅射真空镀膜技术, 在玻璃衬底和硅衬底上蒸镀了不同厚度的Co单层膜, Cr, Co双层膜以及Ag, Co双层膜。 利用飞秒激光瞬态反射技术研究了Co膜及其双层膜的瞬态反射率响应。 结果表明, 在同一厚度的Co膜样品上, 施加不同的泵浦光功率时, Co膜内电子的加热时间与泵浦光功率的大小无关, 均为0.1344 ps。 而对于不同厚度的Co膜, 电子的热化时间与薄膜厚度直接相关。 此外, 发现与以往研究结果不同的是, 在泵浦光功率足够大时, 玻璃衬底上的Co膜在飞秒激光脉冲泵浦下会出现两次或三次瞬态反射率下降现象, Co膜厚度决定了Co膜内瞬态反射率突变的次数, 即Co膜内电子的超快动力学变化次数。