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

超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算

李东海 陈发良

引用本文:
Citation:

超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算

李东海, 陈发良

Microscopic theoretical investigation on propagation and breakdown depth of ultrashort-pulse laser in dielectrics

Li Dong-Hai, Chen Fa-Liang
PDF
导出引用
  • 基于Fokker-Planck方程和激光传输方程建立超短脉冲激光在电介质材料中的传输及材料破坏理论模型,计算材料内不同位置处导带电子数密度及激光电场强度随时间的变化,进而得到激光的反射率、透射率及沉积率随激光能量密度的变化特征.选取导带电子数密度阈值作为材料破坏的判断条件,计算了不同激光能量密度下的破坏深度,发现破坏深度随激光能量密度的变化曲线呈现先增长后减小,讨论了激光能量沉积特性对破坏深度的影响.计算最大破坏深度随激光脉宽的变化发现,激光脉宽越短则最大破坏深度越小.
    Based on the Fokker-Planck equation along with laser propagation equation, a theoretical model that describes the ultrashort-pulse laser propagation characteristics and breakdown in dielectrics is established. Using this model, the conduction band electron densities and the electric field intensities at different positions in a dielectric material at different time are calculated. The variations of reflection, transmittance and energy deposition rate with input laser energy density are discussed. With the threshold conduction band electron density criterion, the breakdown depth in the material under varying laser energy density is calculated, which is found to increase first with laser energy density, and then to decline after reaching a maximum value. Effect of the spatial distribution of laser energy deposition on breakdown depth is analyzed. Meanwhile, the maximum value of breakdown depth is found to decrease as the laser pulse duration becomes shorter.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助的课题.
    [1]

    Bloembergen N 1974 IEEE J. Quantum Electron. 10 375

    [2]

    Holway L H, Fradin D W 1975 J. Appl. Phys. 46 279

    [3]

    Sparks M, Mills D L, Warren R, Holstein T, Maradudin A A, Sham L J, Loh E Jr., King D F 1981 Phys. Rev. B 24 3519

    [4]

    Chen X Q, Zu X T, Zheng W G, Jiang X D, Lü H B, Ren H, Zhang Y Z, Liu C M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1201(in Chinese)[陈习权、 祖小涛、 郑万国、 蒋晓东、 吕海兵、 任 寰、 张艳珍、 刘春明 2006 55 1201]

    [5]

    Liang L P, Zhang L, Sheng Y G, Xu Y, Wu D, Sun Y H, Jiang X D, Wei X F 2007 Acta Phys. Sin. 56 3596(in Chinese)[梁丽萍、 张 磊、 盛永刚、 徐 耀、 吴 东、 孙予罕、 蒋晓东、魏晓峰 2007 56 3596]

    [6]

    Han J H, Feng G Y, Yang L M, Zhang Q H, Xie X D, Zhu Q H, Zhou S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5558(in Chinese)[韩敬华、 冯国英、 杨李茗、 张秋慧、 谢旭东、 朱启华、 周寿桓 2008 57 5558]

    [7]

    Dai C J, Chen Z D 2001 Chin. Phys. B 10 403

    [8]

    Chen L M, Zhang J, Lin H, Li Y T, Zhao L Z, Jiang W M 2001 Chin. Phys. B 10 40

    [9]

    Liu H J, Huang J, Wang F R, Zhou X D, Jiang X D, Wu W D 2010 Acta Phys. Sin. 59 1308(in Chinese)[刘红婕、 黄 进、 王凤蕊、 周信达、 蒋旭东、 吴卫东 2010 59 1308]

    [10]

    Zhao X H, Hu J P, Gao Y, Pan F, Ma P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3917(in Chinese)[赵兴海、 胡建平、 高 杨、 潘 峰、 马 平 2010 59 3917] 〖11] Du D, Liu X, Korn G, Squier J, Mourou G 1993 Appl. Phys. Lett. 64 3071

    [11]

    Stuart B C, Feit M D, Rubenchik A M, Shore B W, Perry M D 1995 Phys. Rev. Lett. 74 2248

    [12]

    Tien A C, Backus S, Kapteyn H, Murnane M, Mourou G 1999 Phys. Rev. Lett. 82 3883

    [13]

    Jia T Q, Chen H, Wu X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1277(in Chinese)[贾天卿、 陈 鸿、 吴 翔 2000 49 1277]

    [14]

    Li C B, Jia T Q, Sun H Y, Li X X, Xu S Z, Feng H D, Wang X F, Ge X C, Xu Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 0217(in Chinese)[李成斌、 贾天卿、 孙海轶、 李晓溪、 徐世珍、 冯海东、 王晓峰、 葛晓春、 徐至展 2006 55 0217]

    [15]

    Jiang L, Tsai H L 2008 J. Appl. Phys. 104 093101

    [16]

    Sudrie L, Couairon A, Franco M, Lamouroux B, Prade B, Tzotzakis S, Mysyrowicz A 2002 Phys. Rev. Lett. 89 186601

    [17]

    Wu A Q, Chowdhury I H, Xu X 2005 Phys. Rev. B 72 085128

    [18]

    Deng Y P, Jia T Q, Leng Y X, Lu H H, Li R X, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2216(in Chinese)[邓蕴沛、 贾天卿、 冷雨欣、 陆海鹤、 李儒新、 徐至展 2004 53 2216]

    [19]

    Jiang L, Tsai H L 2006 J. Appl. Phys. 100 023116

    [20]

    Frohlich H, Mott N F 1954 Adv. Phys. 3 325

    [21]

    Seitz F 1949 Phys. Rev. 76 1376

    [22]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

  • [1]

    Bloembergen N 1974 IEEE J. Quantum Electron. 10 375

    [2]

    Holway L H, Fradin D W 1975 J. Appl. Phys. 46 279

    [3]

    Sparks M, Mills D L, Warren R, Holstein T, Maradudin A A, Sham L J, Loh E Jr., King D F 1981 Phys. Rev. B 24 3519

    [4]

    Chen X Q, Zu X T, Zheng W G, Jiang X D, Lü H B, Ren H, Zhang Y Z, Liu C M 2006 Acta Phys. Sin. 55 1201(in Chinese)[陈习权、 祖小涛、 郑万国、 蒋晓东、 吕海兵、 任 寰、 张艳珍、 刘春明 2006 55 1201]

    [5]

    Liang L P, Zhang L, Sheng Y G, Xu Y, Wu D, Sun Y H, Jiang X D, Wei X F 2007 Acta Phys. Sin. 56 3596(in Chinese)[梁丽萍、 张 磊、 盛永刚、 徐 耀、 吴 东、 孙予罕、 蒋晓东、魏晓峰 2007 56 3596]

    [6]

    Han J H, Feng G Y, Yang L M, Zhang Q H, Xie X D, Zhu Q H, Zhou S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5558(in Chinese)[韩敬华、 冯国英、 杨李茗、 张秋慧、 谢旭东、 朱启华、 周寿桓 2008 57 5558]

    [7]

    Dai C J, Chen Z D 2001 Chin. Phys. B 10 403

    [8]

    Chen L M, Zhang J, Lin H, Li Y T, Zhao L Z, Jiang W M 2001 Chin. Phys. B 10 40

    [9]

    Liu H J, Huang J, Wang F R, Zhou X D, Jiang X D, Wu W D 2010 Acta Phys. Sin. 59 1308(in Chinese)[刘红婕、 黄 进、 王凤蕊、 周信达、 蒋旭东、 吴卫东 2010 59 1308]

    [10]

    Zhao X H, Hu J P, Gao Y, Pan F, Ma P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3917(in Chinese)[赵兴海、 胡建平、 高 杨、 潘 峰、 马 平 2010 59 3917] 〖11] Du D, Liu X, Korn G, Squier J, Mourou G 1993 Appl. Phys. Lett. 64 3071

    [11]

    Stuart B C, Feit M D, Rubenchik A M, Shore B W, Perry M D 1995 Phys. Rev. Lett. 74 2248

    [12]

    Tien A C, Backus S, Kapteyn H, Murnane M, Mourou G 1999 Phys. Rev. Lett. 82 3883

    [13]

    Jia T Q, Chen H, Wu X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1277(in Chinese)[贾天卿、 陈 鸿、 吴 翔 2000 49 1277]

    [14]

    Li C B, Jia T Q, Sun H Y, Li X X, Xu S Z, Feng H D, Wang X F, Ge X C, Xu Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 0217(in Chinese)[李成斌、 贾天卿、 孙海轶、 李晓溪、 徐世珍、 冯海东、 王晓峰、 葛晓春、 徐至展 2006 55 0217]

    [15]

    Jiang L, Tsai H L 2008 J. Appl. Phys. 104 093101

    [16]

    Sudrie L, Couairon A, Franco M, Lamouroux B, Prade B, Tzotzakis S, Mysyrowicz A 2002 Phys. Rev. Lett. 89 186601

    [17]

    Wu A Q, Chowdhury I H, Xu X 2005 Phys. Rev. B 72 085128

    [18]

    Deng Y P, Jia T Q, Leng Y X, Lu H H, Li R X, Xu Z Z 2004 Acta Phys. Sin. 53 2216(in Chinese)[邓蕴沛、 贾天卿、 冷雨欣、 陆海鹤、 李儒新、 徐至展 2004 53 2216]

    [19]

    Jiang L, Tsai H L 2006 J. Appl. Phys. 100 023116

    [20]

    Frohlich H, Mott N F 1954 Adv. Phys. 3 325

    [21]

    Seitz F 1949 Phys. Rev. 76 1376

    [22]

    Keldysh L V 1965 Sov. Phys. JETP 20 1307

  • [1] 邓浩程, 李祎, 田双双, 张晓星, 肖淞. 面向高性能摩擦纳米发电机的电介质材料.  , 2024, 73(7): 070702. doi: 10.7498/aps.73.20240150
    [2] 蔡颂, 陈根余, 周聪, 周枫林, 李光. 脉冲激光烧蚀材料等离子体反冲压力物理模型研究与应用.  , 2017, 66(13): 134205. doi: 10.7498/aps.66.134205
    [3] 王承伟, 赵全忠, 钱静, 黄媛媛, 王关德, 李阳博, 柏锋, 范文中, 李虹瑾. 黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度.  , 2016, 65(12): 125201. doi: 10.7498/aps.65.125201
    [4] 冯培培, 吴寒, 张楠. 超短脉冲激光烧蚀石墨产生的喷射物的时间分辨发射光谱研究.  , 2015, 64(21): 214201. doi: 10.7498/aps.64.214201
    [5] 傅广生, 丁学成, 郭瑞强, 翟小林, 褚立志, 邓泽超, 梁伟华, 王英龙. 脉冲激光沉积纳米硅晶粒流体模型的推广.  , 2011, 60(1): 018102. doi: 10.7498/aps.60.018102
    [6] 苗泉, 赵鹏, 孙玉萍, 刘纪彩, 王传奎. 超短脉冲激光在DBASVP分子中传播时的双光子面积演化和光限幅效应.  , 2009, 58(8): 5455-5461. doi: 10.7498/aps.58.5455
    [7] 孙玉萍, 刘纪彩, 王传奎. 含时电离对飞秒脉冲激光在强双光子吸收介质中传播特性和光限幅行为的影响.  , 2009, 58(6): 3934-3942. doi: 10.7498/aps.58.3934
    [8] 葛愉成. 高次谐波辐射光子的能量-激光相位关系研究.  , 2008, 57(5): 2899-2905. doi: 10.7498/aps.57.2899
    [9] 全荣辉, 韩建伟, 黄建国, 张振龙. 电介质材料辐射感应电导率的模型研究.  , 2007, 56(11): 6642-6647. doi: 10.7498/aps.56.6642
    [10] 李 昆, 徐妙华, 金 展, 刘运全, 王兆华, 令维军, 张 杰. 对超短脉冲强激光在大气通道中产生的三次谐波偏振特性及白光光谱调制特性的研究.  , 2007, 56(3): 1439-1442. doi: 10.7498/aps.56.1439
    [11] 牛燕雄, 禹 烨, 段晓峰, 张 鹏, 武东生, 王秀生. 多脉冲激光对胶合透镜热破坏效应研究.  , 2006, 55(9): 4478-4482. doi: 10.7498/aps.55.4478
    [12] 王晓雷, 王 毅, 翟宏琛, 朱晓农, 母国光. 记录飞秒级超快动态过程的脉冲数字全息技术.  , 2006, 55(9): 4613-4617. doi: 10.7498/aps.55.4613
    [13] 刘纪彩, 赵 珂, 宋玉志, 王传奎. 级联三能级模型下超短脉冲激光与分子相互作用的动力学研究.  , 2006, 55(4): 1803-1808. doi: 10.7498/aps.55.1803
    [14] 葛愉成, 李元景, 康克军. 利用超短脉冲激光和光电子能量微分谱直接测量窄带飞秒超紫外线XUV脉冲的时间结构.  , 2005, 54(6): 2669-2675. doi: 10.7498/aps.54.2669
    [15] 李洪玉, 赵 珂, 潘瑞芹, 孙元红, 王传奎. 超短脉冲激光在有机分子材料中的动力学过程研究.  , 2005, 54(5): 2072-2078. doi: 10.7498/aps.54.2072
    [16] 张端明, 侯思普, 关 丽, 钟志成, 李智华, 杨凤霞, 郑克玉. 脉冲激光制备薄膜材料的烧蚀机理.  , 2004, 53(7): 2237-2243. doi: 10.7498/aps.53.2237
    [17] 彭晓昱, 张 杰, 金 展, 梁天骄, 仲佳勇, 武慧春, 刘运全, 王兆华, 陈正林, 盛政明, 李玉同, 魏志义. 超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中超热电子的双叶状角分布.  , 2004, 53(8): 2625-2632. doi: 10.7498/aps.53.2625
    [18] 王锋, 张丰收, 肖国青, 朱志远. Na2对超短激光脉冲的响应.  , 2001, 50(4): 667-673. doi: 10.7498/aps.50.667
    [19] 王春奎, 方慧英, 傅裕寿, 李淑英, 李惠宁, 吴占林, 刘淑英, 梅华. 强脉冲CO2激光对红外材料的破坏现象.  , 1987, 36(3): 386-390. doi: 10.7498/aps.36.386
    [20] 范希明, 刘福绥. 电介质损耗理论.  , 1984, 33(11): 1589-1592. doi: 10.7498/aps.33.1589
计量
  • 文章访问数:  9029
  • PDF下载量:  629
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-07-09
  • 修回日期:  2010-09-19
  • 刊出日期:  2011-03-05

/

返回文章
返回
Baidu
map