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飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真

吴东江 周思雨 姚龙元 马广义 庄娟

吴东江, 周思雨, 姚龙元, 马广义, 庄娟. 飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2243-2249.
引用本文: 吴东江, 周思雨, 姚龙元, 马广义, 庄娟. 飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2243-2249.
Wu Dongjiang, Zhou Siyu, Yao Longyuan, Ma Guangyi, Zhuang Juan. Simulation of micro-groove cross-section in femtosecond laser ablation of quartz glass[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2243-2249.
Citation: Wu Dongjiang, Zhou Siyu, Yao Longyuan, Ma Guangyi, Zhuang Juan. Simulation of micro-groove cross-section in femtosecond laser ablation of quartz glass[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2243-2249.

飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真

基金项目: 

国家自然科学基金(51175061);创新研究群体科学基金(51321004);辽宁省自然科学基金(201200615)

详细信息
    作者简介:

    吴东江(1964-), 男,教授,主要从事激光精密制造技术领域的研究。Email:djwudut@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: TN249;O437.5

Simulation of micro-groove cross-section in femtosecond laser ablation of quartz glass

  • 摘要: 基于透明电介质的烧蚀率计算模型,建立了飞秒激光烧蚀石英玻璃的微槽截面形状仿真模型,并通过烧蚀实验验证了模型的可靠性。利用所建模型分析了光斑半径、脉冲能量和扫描速度等参数对微槽截面形状的影响规律。研究表明,减小光斑半径、提高脉冲能量或降低扫描速度均可以提高微槽的槽深和侧壁角;微槽的槽宽随脉冲能量的提高或扫描速度的降低而增大,但随光斑半径的增大,其呈现先增大后减小的规律,在脉冲能量为4 J、扫描速度为0.2 mm/s的条件下,槽宽在光斑半径为13 m时达到最大值8.13 m。
  • [1] Von der Linde D, Sokolowski-Tinten K, Bialkowski J. Laser-solid interaction in the femtosecond time regime[J]. Appl Surf Sci, 1997, 109: 1-10.
    [2]
    [3]
    [4] Chen Xiangqian, Peng Yan, Fang Dan, et al. Micro-structure silicon fabricated by femtosecond laser pulse for infrared sensor[J]. Infrared and LaserEngineering, 2014, 43(2): 398-403. (in Chinese)陈向前, 彭滟, 方丹, 等. 真空环境下飞秒激光制备的微构造硅的吸收和退火特性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(2): 398-403.
    [5] Tian Xiuqin, Xiao Si, Tao Shaohua, et al. Damage threshold research of monocrystalline silicon solar cells under femtosecond laser illumination[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 676-680. (in Chinese)田秀芹, 肖思, 陶少华, 等. 飞秒超短脉冲激光对硅太阳能电池的损伤阈值研究[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(3): 676-680.
    [6]
    [7]
    [8] Marshall C D, Speth J A, Payne S A. Induced optical absorption in gamma, neutron and ultraviolet irradiated fused quartz and silica[J]. J Non-Crystalline Solids, 1997, 212(1): 59-73.
    [9]
    [10] Paterson C, Holmes A S, Smith R W. Excimer laser ablation of microstructures: a numerical model[J]. J Appl Phys, 1999, 86(11): 6538-6546.
    [11] Jiang L, Tsai H L. Prediction of crater shape in femtosecond laser ablation of dielectrics[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2004, 37(10): 1492.
    [12]
    [13] Ma Fajun, Tian Youwei, He Feng, et al. Ultra-short pulse laser-induced damage in transparent materials[J]. Laser Technology, 2005, 29(5): 507-510. (in Chinese)马法君, 田友伟, 何峰, 等. 超短脉冲激光对透明材料的破坏[J]. 激光技术, 2005, 29(5): 507-510.
    [14]
    [15] Wang Wenjun. Study of shape and morphology control in femtosecond laser fabrication of metals[D]. Xi'an: Xi'an Jiaotong University, 2008. (in Chinese)王文君. 飞秒激光金属加工中的形状及形貌控制研究[D]. 西安: 西安交通大学, 2008.
    [16]
    [17]
    [18] Du D, Liu X, Korn G, et al. Laser-induced breakdown by impact ionization in SiO2 with pulse widths from 7 ns to 150 fs[J]. Appl Phys Lett, 1994, 64(23): 3071-3073.
    [19] Joglekar A P, Liu H, Spooner G J, et al. A study of the deterministic character of optical damage by femtosecond laser pulses and applications to nanomachining[J]. Applied Physics B, 2003, 77(1): 25-30.
    [20]
    [21]
    [22] Ashkenasi D, Lorenz M, Stoian R, et al. Surface damage threshold and structuring of dielectrics using femtosecond laser pulses: the role of incubation[J]. Appl Surf Sci, 1999, 150(1-4): 101-106.
    [23]
    [24] Lenzner M, Krger J, Kautek W, et al. Precision laser ablation of dielectrics in the 10-fs regime[J]. Appl Phys A, 1999, 68(3): 369-371.
    [25] Wu A Q, Chowdhury I H, Xu X F. Femtosecond laser absorption in fused silica: Numerical and experimental investigation[J]. Phy Rev B, 2005, 72: 085128.
    [26]
    [27]
    [28] Niso F Di, Gaudiuso C, Sibillano T, et al. Influence of the repetition rate and pulse duration on the incubation effect in multiple-shots ultrafast laser ablation of steel[J]. Physics Procedia, 2013, 41: 691-700.
    [29]
    [30] Fan H C, Sun J, Longtin J P. Plasma absorption of femtosecond laser pulses in dielectrics[J]. Transaction-American Society of Mechanical Engineers Journal of Heat Transfer, 2002, 124(2): 275-283.
    [31] Jiang L, Tsai H L. Plasma modeling for ultrashort pulse laser ablation of dielectrics[J]. Journal of Applied Physics, 2006, 100(2): 023116-023116-7.
    [32]
    [33] Yang Chengjuan, Mei Xuesong, Wang Wenjun, et al. Femtosecond laser ablation on gold-chromium film[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(1): 61-65. (in Chinese)
  • [1] 商涛, 邓国亮, 王俊, 伍杰, 蔡睿, 陈茹波, 许云龙.  飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值及孵化效应研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(3): 20230583-1-20230583-9. doi: 10.3788/IRLA20230583
    [2] 张子浩, 王旭, 黄怡晨, 李福泉, 李俐群, 蔺晓超, 杨诗瑞, 郭鹏.  供油孔流量数值模拟及其飞秒激光加工工艺优化 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220454-1-20220454-10. doi: 10.3788/IRLA20220454
    [3] 任乃飞, 杨华宇, 夏凯波.  不同水辅助方法对高温合金飞秒激光逐层逐圈切孔质量的影响 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220143-1-20220143-10. doi: 10.3788/IRLA20220143
    [4] 周伟杰, 马文强, 李娆, 褚珞耀, 宋宝安, 戴世勋, 徐铁峰, 张培晴.  Ge-As-Se-Te硫系玻璃的飞秒激光损伤特性 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210222-1-20210222-8. doi: 10.3788/IRLA20210222
    [5] 岳端木, 孙会来, 杨雪, 孙建林.  飞秒激光环切加工不锈钢微孔工艺及其质量控制神经网络模型 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20200446-1-20200446-10. doi: 10.3788/IRLA20200446
    [6] 王飞跃, 邹婷婷, 辛巍, 杨建军.  利用飞秒激光照射调控氧化石墨烯表面的浸润性能(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201064-1-20201064-6. doi: 10.3788/IRLA20201064
    [7] 王华丰, 孙轲, 孙盛芝, 邱建荣.  飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201057-1-20201057-11. doi: 10.3788/IRLA20201057
    [8] 皮一涵, 王春泽, 宋有建, 胡明列.  极低时间抖动的飞秒激光技术(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201058-1-20201058-13. doi: 10.3788/IRLA20201058
    [9] 许孝芳, 李晓良, 王庆伟, 杨逢逢, 高永锋, 李晓天.  三束飞秒激光辐照下铜膜内电子非平衡热输运 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 206001-0206001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0206001
    [10] 蔡建文, 胡衍雷, 黄文浩.  微爆材料的飞秒激光三维光存储 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1106010-1106010(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1106010
    [11] 孙树峰, 王萍萍.  飞秒激光双光子聚合加工微纳结构 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1206009-1206009(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1206009
    [12] 胡瑜泽, 聂劲松, 孙可, 王磊.  不同能量背景的环形艾里飞秒激光光束大气成丝特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806005-0806005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0806005
    [13] 钮赛赛, 印剑飞, 曹卫卫, 杨尧, 王晓柱, 宋敏敏.  红外成像系统激光干扰耀斑仿真建模 . 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 13-17.
    [14] 刘伟伟, 赵佳宇, 张逸竹, 王志, 储蔚, 曾斌, 程亚.  飞秒激光成丝过程中的太赫兹波超光速传输现象研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 402001-0402001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0402001
    [15] 于军立, 孟庆龙, 叶荣, 钟哲强, 张彬.  飞秒激光作用下光整流晶体的损伤阈值分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106004-0106004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0106004
    [16] 朱永伟, 沈琦, 王子琨, 凌顺志, 李军, 左敦稳.  多晶金刚石固结磨料研磨垫精研石英玻璃的性能探索 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1003003-1003003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1003003
    [17] 花宁, 李怀阳, 王友军, 隋镁深.  石英玻璃晶圆的加工工艺 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 96-100. doi: 10.3788/IRLA201645.S221003
    [18] 蔡建文, 潘雪涛, 张美凤, 孟飞.  飞秒激光微加工中光斑横向超分辨研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1790-1793.
    [19] 邵俊峰, 郭劲, 王挺峰.  飞秒激光与硅的相互作用过程理论研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2419-2424.
    [20] 李攀, 刘元正, 雷兴, 李俊, 王继良.  石英玻璃低温键合界面的环境适应性试验 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4035-4039.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-07
  • 修回日期:  2015-01-10
  • 刊出日期:  2015-08-25

飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真

    作者简介:

    吴东江(1964-), 男,教授,主要从事激光精密制造技术领域的研究。Email:djwudut@dlut.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(51175061);创新研究群体科学基金(51321004);辽宁省自然科学基金(201200615)

  • 中图分类号: TN249;O437.5

摘要: 基于透明电介质的烧蚀率计算模型,建立了飞秒激光烧蚀石英玻璃的微槽截面形状仿真模型,并通过烧蚀实验验证了模型的可靠性。利用所建模型分析了光斑半径、脉冲能量和扫描速度等参数对微槽截面形状的影响规律。研究表明,减小光斑半径、提高脉冲能量或降低扫描速度均可以提高微槽的槽深和侧壁角;微槽的槽宽随脉冲能量的提高或扫描速度的降低而增大,但随光斑半径的增大,其呈现先增大后减小的规律,在脉冲能量为4 J、扫描速度为0.2 mm/s的条件下,槽宽在光斑半径为13 m时达到最大值8.13 m。

English Abstract

参考文献 (33)

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