01 Εισαγωγή χαρτιού
Οι οπτικές λεπτές μεμβράνες (επικαλύψεις ή σχάρες μονής/πολλαπλών{0}) χρησιμοποιούνται ευρέως σε οθόνες, συστήματα λέιζερ, ιατρικές συσκευές και την αεροδιαστημική. Οι τεχνικές λειτουργίας-κλειδώματος και ενίσχυσης παλμού κελαηδίσματος (CPA) οδηγούν εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ picosecond/femtosecond, αν και επεκτεινόμενες εφαρμογές όπως η επεξεργασία υλικού λόγω υψηλής ισχύος αιχμής, προκαλούν επίσης ζημιές που προκαλούνται από λέιζερ{{3} λόγω μη-θερμικής αλληλεπίδρασης φωτονίων{{5}ηλεκτρονίων αλληλεπιδράσεων ιονισμού, κ.λπ.), καθιστώντας βασικό περιοριστικό παράγοντα για τη διάρκεια ζωής των οπτικών εξαρτημάτων. Οι σχάρες μεταλλικών φιλμ, με την ευρεία ανακλαστικότητά τους, είναι ζωτικής σημασίας σε σενάρια όπως η συμπίεση παλμού λέιζερ CPA, αλλά η υπάρχουσα έρευνα δεν έχει διερευνήσει διεξοδικά τη σχέση μεταξύ της διάρκειας παλμού (ιδιαίτερα των λεπτομερειών κοντά στο ελάχιστο όριο βλάβης), των πολλαπλών παλμών και του κατωφλίου ζημιάς, ούτε έχει λάβει επαρκώς υπόψη τις τοπικές ιδιότητες του ηλεκτρικού πεδίου και τη διακύμανση επαρκώς. Ως εκ τούτου, αυτή η μελέτη, μέσω θεωρητικών υπολογισμών και πειραμάτων, διερευνά τους μηχανισμούς ζημιάς των σχαρών μεμβράνης αλουμινίου (AMG) υπό ακτινοβολία λέιζερ 2-15 ps picosecond, ορίζοντας το κατώφλι βλάβης ως την ελάχιστη ροή λέιζερ που προκαλεί μόνιμες μορφολογικές αλλαγές, ενώ η «συσσωρευτική επίδραση» αναφέρεται στις επαναλαμβανόμενες μεταβολές του υλικού. έκθεση.
02 Επισκόπηση πλήρους κειμένου
Αυτή η μελέτη εστιάζει στην AMG, αναλύοντας συστηματικά τη διάρκεια παλμού των λέιζερ picosecond και τις σωρευτικές ζημιές των πολλαπλών παλμών: Πρώτον, χρησιμοποιείται αυστηρή ανάλυση συζευγμένου{0}}κύματος (RCWA) για την προσομοίωση της τοπικής κατανομής ηλεκτρικού πεδίου, προσδιορίζοντας τις γωνίες της κορυφογραμμής του πλέγματος ως τις πιο ευάλωτες περιοχές. Στη συνέχεια, το μοντέλο δύο-θερμοκρασιών (TTM) χαρακτηρίζει την υπερταχεία δυναμική των ηλεκτρονίων και των δικτυωμάτων, σε συνδυασμό με παραμέτρους αλουμινίου, όπως η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης, για την πρόβλεψη κατωφλίων βλάβης ενός-παλμού και πολλών-παλμών. πειραματικά, έχει ρυθμιστεί μια πλατφόρμα με-σύστημα απεικόνισης πραγματικού χρόνου για τη μέτρηση ορίων ζημιάς χρησιμοποιώντας 2-λέιζερ ρυθμιζόμενου πλάτους παλμού 15 ps, βρίσκοντας το χαμηλότερο όριο βλάβης AMG στα 10 ps (πειραματική τιμή 0,0705 J/cm²), ενώ χρησιμοποιείται ρυθμός επανάληψης 1 kp-100Hz πειράματα, παρατηρείται ότι το όριο βλάβης μειώνεται προοδευτικά με την αύξηση του αριθμού παλμών (πέφτοντας στα 0,0346 J/cm² στους 1000 παλμούς) και η μορφολογία της βλάβης (κατάλυση, πιτσίλισμα, κ.λπ.) επιδεινώνεται με τους αθροιστικούς παλμούς. Ο πυρήνας της μελέτης είναι η δημιουργία μιας ποσοτικής σχέσης μεταξύ των παραμέτρων παλμού (πλάτος παλμού, αριθμός) και της βλάβης AMG, παρέχοντας θεωρητική και πειραματική υποστήριξη για την ανάπτυξη ανθεκτικών στο λέιζερ οπτικών επικαλύψεων.
03 Γραφική Ανάλυση
Το σχήμα 1 δείχνει διαισθητικά τη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας πυρήνα της αλληλεπίδρασης μεταξύ λέιζερ picosecond και πλέγματος φιλμ αλουμινίου (AMG). Όπως φαίνεται, όταν προσπίπτει το υπεργρήγορο λέιζερ, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο πρώτα απορροφούν γρήγορα ενέργεια φωτονίων και διεγείρονται, σχηματίζοντας ένα σύστημα ηλεκτρονίων υψηλής- θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια μεταφέρουν ενέργεια στο πλέγμα βήμα προς βήμα μέσω των διεργασιών σύζευξης ηλεκτρονίων-φωνονίων και σκέδασης φωνονίων-, προκαλώντας τελικά αλλαγές στη θερμοκρασία του πλέγματος. Αυτή η διαδικασία σπάει τη θερμική ισορροπία μεταξύ των ηλεκτρονίων και του πλέγματος και είναι η θεμελιώδης πηγή ενέργειας της βλάβης που προκαλείται από λέιζερ-, παρέχοντας το φυσικό πλαίσιο για την επακόλουθη δημιουργία του μοντέλου δύο-θερμοκρασίας (TTM).
Το Σχήμα 2, με βάση την αυστηρή ανάλυση συζευγμένου{1}}κύματος (RCWA), δείχνει ότι σε μήκος κύματος 1030 nm, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι υψηλότερη στις γωνίες της κορυφογραμμής του πλέγματος, σχηματίζοντας "καυτά σημεία" που αποκαλύπτουν τα πιθανά σημεία έναρξης της ζημιάς. Τα φάσματα μετάδοσης, ανάκλασης και απορρόφησης AMG δείχνουν ότι η αύξηση της περιόδου πλέγματος ενισχύει την απορρόφηση ενέργειας σε διαφορετικά μήκη κύματος, αυξάνοντας τον κίνδυνο υλικών ζημιών. Οι εικόνες SEM δείχνουν προφανή ζημιά στις γωνίες της κορυφογραμμής AMG, σύμφωνα με τις θέσεις «καυτό σημείου» του ηλεκτρικού πεδίου, επικυρώνοντας την ακρίβεια των προσομοιώσεων RCWA.
Το Σχήμα 3 ποσοτικοποιεί την εξέλιξη των θερμοκρασιών ηλεκτρονίων και πλέγματος σε AMG υπό έκθεση λέιζερ picosecond χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο δύο-θερμοκρασιών: σε πλάτος παλμού 10 ps, όταν η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ φτάσει τα 0,076 J/cm², η θερμοκρασία του πλέγματος ανεβαίνει στο σημείο τήξης 3 (3 σημείο τήξης του αργιλίου9). κατώφλι βλάβης μονού-παλμού για 10 ps. σε μια σταθερή ενεργειακή πυκνότητα, η μέγιστη θερμοκρασία ηλεκτρονίων για έναν σύντομο παλμό 2 ps είναι πολύ υψηλότερη από αυτή για έναν παλμό μήκους 15 ps (καθώς οι μικρότεροι παλμοί αποθέτουν ενέργεια πιο γρήγορα και συγκεντρώνουν ενέργεια ηλεκτρονίων). κάτω από πλάτος παλμού 10 ps με ρυθμό επανάληψης 1 kHz, το όριο βλάβης μετά από 10 παλμούς πέφτει στα 0,0598 J/cm² λόγω θερμικής συσσώρευσης, το οποίο είναι χαμηλότερο από το κατώφλι ενός-παλμού.
Στο Σχήμα 4, η πειραματική ρύθμιση επιτυγχάνει ακριβή έλεγχο των παραμέτρων λέιζερ και-παρατήρηση ζημιών σε πραγματικό χρόνο μέσω μιας μονάδας ελέγχου ενέργειας που αποτελείται από μια πηγή λέιζερ με δυνατότητα συντονισμού πλάτους παλμού 2-15 ps, μια πλάκα μισού κύματος και έναν πολωτή, καθώς και μια μονάδα πραγματικού{5}με σύστημα παρακολούθησης χρόνου σκοτεινού πεδίου η καμπύλη δείχνει ότι εντός του εύρους πλάτους παλμού 2-15 ps, το όριο βλάβης AMG είναι χαμηλότερο στα 10 ps (πειραματική τιμή 0,0705 J/cm², πολύ συνεπής με την προσομοιωμένη τιμή των 0,076 J/cm²). Η υποεικόνα (γ) δείχνει ότι κάτω από ένα πλάτος παλμού 10 ps, καθώς ο αριθμός των παλμών αυξάνεται από 1 σε 1000, η περιοχή βλάβης AMG σταδιακά επεκτείνεται και το πιτσίλισμα υλικού γίνεται όλο και πιο σοβαρό, αντανακλώντας ξεκάθαρα το φαινόμενο συσσώρευσης πολλαπλών παλμών.
Σύναψη:
Αυτή η μελέτη συνδυάζει θεωρία (RCWA+TTM) και πειράματα για την αποσαφήνιση της συμπεριφοράς ζημιάς του AMG κάτω από λέιζερ picosecond: Το RCWA εντοπίζει με ακρίβεια τις γωνίες κορυφογραμμών ως ευάλωτες περιοχές, το TTM προσομοιώνει αποτελεσματικά τη δυναμική δικτύων ηλεκτρονίων-για την πρόβλεψη κατωφλίων ζημιάς και τα πειράματα επιβεβαιώνουν ότι τα χαμηλότερα αποτελέσματα της ζημιάς είναι 10 της χαλάρωσης ηλεκτρονίων-φωνονίων, του περιορισμού της θερμικής διάχυσης του πλέγματος και της παροδικής απορρόφησης). Υπάρχει σημαντική αθροιστική επίδραση κάτω από ακτινοβολία πολλαπλών-παλμών 1 kHz, με μείωση του ουδού βλάβης και επιδείνωση της μορφολογικής βλάβης καθώς αυξάνεται ο αριθμός των παλμών. Αν και το TTM δεν αναπαράγει πλήρως τις απόλυτες πειραματικές τιμές λόγω παραμέλησης ελαττωμάτων υλικού, δυναμικής αλλαγής φάσης (όπως η εξάτμιση) και μηχανικών επιδράσεων (όπως θερμική καταπόνηση), εξακολουθεί να παρέχει ένα ενοποιημένο αναλυτικό πλαίσιο για την αλληλεπίδραση μεταξύ δομημένων μεταλλικών μεμβρανών και υπερταχέων λέιζερ. Τα ευρήματα αποτελούν σημαντική καθοδήγηση για τη βελτίωση της ανθεκτικότητας των συστημάτων λέιζερ υψηλής ισχύος και των οπτικών εξαρτημάτων ακριβείας, του σχεδιασμού προστασίας με λέιζερ στην αεροδιαστημική και βιομηχανική επεξεργασία λέιζερ και παρέχουν βασικά στοιχεία για τη βελτιστοποίηση των υλικών και των δομών των ανθεκτικών σε λέιζερ φιλμ{10}.
