01 Pengenalan Kertas
Filem nipis optik (salutan tunggal/berbilang-lapisan atau parut) digunakan secara meluas dalam paparan, sistem laser, peranti perubatan dan aeroangkasa. Mod-teknik penguncian dan penguatan nadi berkicau (CPA) memacu laser ultrafast picosecond/femtosecond, walaupun aplikasi yang meluaskan seperti pemprosesan bahan disebabkan kuasa puncak yang tinggi, turut menyebabkan kerosakan-laser akibat daripada bukan-foton terma-interaksi elektron (penerapan berbilang foton, dll. faktor penyerapan, dll. jangka hayat komponen optik. Kisi-kisi filem logam, dengan pemantulan luasnya, adalah penting dalam senario seperti pemampatan nadi laser CPA, tetapi penyelidikan sedia ada tidak menyiasat secara menyeluruh hubungan antara tempoh nadi (terutama butiran berhampiran ambang kerosakan minimum), denyutan berganda dan ambang kerosakan, dan tidak juga mempertimbangkan variasi temporal kesan medan elektrik tempatan dan sifat optik. Oleh itu, kajian ini, melalui pengiraan teori dan eksperimen, menyiasat mekanisme kerosakan kisi-kisi filem aluminium (AMG) di bawah penyinaran laser picosecond 2-15 ps, mentakrifkan ambang kerosakan sebagai fluence laser minimum yang mendorong perubahan morfologi kekal, manakala 'kesan kumulatif' merujuk kepada perubahan beransur-ansur dalam sifat bahan terma, mekanikal atau elektronik yang disebabkan oleh pendedahan berulang.
02 Gambaran Keseluruhan Teks Penuh
Kajian ini memfokuskan pada AMG, menganalisis secara sistematik tempoh nadi laser picosecond dan kesan kerosakan terkumpul bagi berbilang denyutan: Pertama, analisis gelombang -ganding yang ketat (RCWA) digunakan untuk mensimulasikan pengagihan medan elektrik tempatan, mengenal pasti sudut rabung parut sebagai kawasan yang paling terdedah; kemudian, dua-model suhu (TTM) mencirikan dinamik ultrapantas elektron dan kekisi, digabungkan dengan parameter aluminium seperti haba pendam pelakuran, untuk meramalkan ambang kerosakan-nadi dan berbilang-nadi tunggal; secara eksperimen, platform dengan-sistem pengimejan masa sebenar disediakan untuk mengukur ambang kerosakan menggunakan 2-15 ps laser lebar nadi boleh tala, mencari ambang kerosakan AMG terendah pada 10 ps (nilai eksperimen 0.0705 J/cm²), sambil menggunakan 1 kHz kadar pengulangan i100010 denyut nadi yang diperhatikan untuk radiasi nadi untuk 100010 ambang kerosakan menurun secara progresif dengan peningkatan bilangan nadi (menurun kepada 0.0346 J/cm² pada 1000 denyutan), dan morfologi kerosakan (ablasi, percikan, dsb.) bertambah teruk dengan denyutan terkumpul. Teras kajian adalah untuk mewujudkan hubungan kuantitatif antara parameter nadi (lebar nadi, nombor) dan kerosakan AMG, memberikan sokongan teori dan eksperimen untuk pembangunan salutan optik tahan laser.
03 Analisis Grafik
Rajah 1 secara intuitif menunjukkan proses pemindahan tenaga teras interaksi antara laser picosecond dan parut filem aluminium (AMG). Seperti yang ditunjukkan, apabila laser ultrafast berlaku, elektron bebas dalam logam mula-mula menyerap tenaga foton dengan pantas dan teruja, membentuk sistem elektron suhu-tinggi; seterusnya, elektron teruja memindahkan tenaga ke kekisi langkah demi langkah melalui proses-gandingan fonon dan penyerakan fonon-phonon, akhirnya menyebabkan perubahan dalam suhu kekisi. Proses ini memecahkan keseimbangan terma antara elektron dan kekisi dan merupakan sumber tenaga asas kerosakan akibat laser-, menyediakan rangka kerja fizikal untuk penubuhan kedua-model suhu (TTM) berikutnya.
Rajah 2, berdasarkan analisis-gelombang berganding yang ketat (RCWA), menunjukkan bahawa pada panjang gelombang 1030 nm, keamatan medan elektrik lebih tinggi di sudut rabung parut, membentuk "titik panas" yang mendedahkan kemungkinan titik permulaan kerosakan. Spektrum penghantaran, pantulan dan penyerapan AMG menunjukkan bahawa peningkatan tempoh parut meningkatkan penyerapan tenaga pada panjang gelombang yang berbeza, meningkatkan risiko kerosakan material. Imej SEM menunjukkan kerosakan yang jelas di sudut rabung AMG, selaras dengan lokasi "titik panas" medan elektrik, mengesahkan ketepatan simulasi RCWA.
Rajah 3 mengukur evolusi suhu elektron dan kekisi dalam AMG di bawah pendedahan laser picosaat menggunakan model dua-suhu: pada lebar nadi 10 ps, apabila ketumpatan tenaga laser mencapai 0.076 J/cm², suhu kekisi meningkat kepada takat lebur aluminium ({1}}denyut tunggal yang disimulasikan{100}{101}{101} ps; pada ketumpatan tenaga tetap, suhu elektron puncak untuk nadi pendek 2 ps jauh lebih tinggi daripada nadi panjang 15 ps (kerana denyutan yang lebih pendek menyimpan tenaga dengan lebih cepat dan menumpukan tenaga elektron); di bawah lebar nadi 10 ps dengan kadar ulangan 1 kHz, ambang kerosakan selepas 10 denyutan menurun kepada 0.0598 J/cm² disebabkan oleh pengumpulan haba, yang lebih rendah daripada ambang nadi-tunggal.
Dalam Rajah 4, persediaan percubaan mencapai kawalan tepat parameter laser dan pemerhatian masa sebenar-kerosakan melalui modul kawalan tenaga yang terdiri daripada 2-15 ps sumber laser lebar denyut boleh tala, separuh-plat gelombang dan polariser, serta-modul pemantauan medan masa sebenar dengan sistem gelap; lengkung menunjukkan bahawa dalam julat lebar nadi 2-15 ps, ambang kerosakan AMG adalah paling rendah pada 10 ps (nilai eksperimen 0.0705 J/cm², sangat konsisten dengan nilai simulasi 0.076 J/cm²); subfigura (c) menunjukkan bahawa di bawah lebar nadi 10 ps, apabila bilangan denyutan meningkat daripada 1 kepada 1000, kawasan kerosakan AMG secara beransur-ansur mengembang dan percikan bahan menjadi semakin teruk, jelas mencerminkan kesan pengumpulan berbilang.
Kesimpulan:
Kajian ini menggabungkan teori (RCWA+TTM) dan eksperimen untuk menjelaskan tingkah laku kerosakan AMG di bawah laser picosecond: RCWA dengan tepat mengenal pasti sudut rabung sebagai kawasan terdedah, TTM secara berkesan mensimulasikan elektron-dinamik kekisi untuk meramalkan ambang kerosakan dan eksperimen mengesahkan bahawa 10 ps ialah ambang kerosakan yang paling rendah daripada synergsulistik. elektron-kelonggaran fonon, had resapan terma kekisi dan penyerapan sementara). Terdapat kesan kumulatif yang ketara di bawah penyinaran berbilang-nadi 1 kHz, dengan ambang kerosakan yang berkurangan dan kerosakan morfologi yang semakin teruk apabila bilangan denyutan meningkat. Walaupun TTM tidak menghasilkan semula sepenuhnya nilai percubaan mutlak kerana mengabaikan kecacatan bahan, dinamik perubahan fasa (seperti penyejatan) dan kesan mekanikal (seperti tegasan terma), ia masih menyediakan rangka kerja analisis bersatu untuk interaksi antara filem logam berstruktur dan laser ultrafast. Penemuan ini merupakan panduan penting untuk meningkatkan ketahanan sistem laser berkuasa tinggi-dan komponen optik ketepatan, mereka bentuk perlindungan laser dalam pemprosesan laser aeroangkasa dan industri serta menyediakan bukti utama untuk mengoptimumkan bahan dan struktur filem kalis laser-.
