飛秒激光燒蝕高定向熱解石墨和鋁的超快過程及噴射物相位演化的研究.pdf

1、本論文主要研究了飛秒激光燒蝕高定向熱解石墨(HOPG)和鋁靶兩種固體材料的超快動態(tài)過程，并提出了一種利用相干光照明的紋影成像裝置檢測飛秒激光燒蝕噴射物相位的新方法。論文的主要內(nèi)容如下:
　　 (1)利用泵浦-探測技術(shù)研究了0.33～20 J/cm2不同激光流量下50 fs脈沖激光燒蝕HOPG在0～9 ns時間延遲內(nèi)的超快動態(tài)過程。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光流量從20 J/cm2逐漸下降到0.33 J/cm2時，飛秒脈沖激光燒蝕高定向熱解石

2、墨的物理機(jī)制逐漸從光熱機(jī)制向光機(jī)械機(jī)制過渡，燒蝕噴射物中大顆粒物質(zhì)也逐漸增多，顆粒的尺寸也越來越大，說明光機(jī)械機(jī)制導(dǎo)致的應(yīng)力釋放更有利于物質(zhì)去除。此外我們還比較了高定向熱解石墨與鋁靶在相同條件下激光燒蝕的異同，發(fā)現(xiàn)靶材的吸收系數(shù)是影響兩種材料燒蝕過程差異的主要因素。實(shí)驗中我們還觀察到了隨著激光輻照到石墨表面上光斑面積的增大，空氣沖擊波的維度從三維向一維變化的過程，與Sedov-Taylor公式相符合。
　　 (2)提出了一種利用

3、相干光照明的紋影成像裝置測量物質(zhì)相位的新方法。該相位檢測方法使用相干平行光作為成像照明光，利用未透過待測樣品的背景光作為參考光，借助透過樣品后在紋影裝置刀口處衍射的相干照明光與待測樣品外未透過待測樣品的背景光之間的干涉，來檢測樣品的相位。我們通過Matlab數(shù)值模擬了使用這種方法對各種不同形狀與相位分布的相位片的成像過程，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)犊谘厮椒较蚍胖脮r相位片像以外的上、下兩側(cè)的光場強(qiáng)度發(fā)生了有規(guī)律的變化，相應(yīng)的相位片上、下兩側(cè)選定區(qū)域的光

4、場強(qiáng)度差與相位片相位值之間的函數(shù)關(guān)系遵從簡單的正弦函數(shù)變化的規(guī)律。該相位檢測方法最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠清晰地反映被測樣品2mπ或(2m+1)π(m為整數(shù))的相位改變。
　　 (3)利用上邊提出的這種新型相位檢測方法，結(jié)合泵浦-探測技術(shù)，研究了激光流量為5.4 J/cm2的50 fs脈沖激光燒蝕鋁靶產(chǎn)生的噴射物的超快相位演化過程。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，燒蝕過程中形成的噴射物可分為三個相位獨(dú)立演化的區(qū)域，分別與等離子體態(tài)的噴射物、后續(xù)的垂直靶面噴射的