PLD制膜过程中等离子体羽辉演化的模拟

在建立脉冲激光沉积综合统一理论模型的基础上 ,进一步研究了制备KTa0 .65Nb0 .3 5O3 (KTN)薄膜过程中等离子体的空间演化规律 .用有限差分法得到了等离子体的速度在等温阶段和绝热阶段两个阶段的演化规律 ,并对这两个阶段粒子速度空间演化的物理机制进行了深入讨论 。

激光诱导铜产生等离子体羽辉的颜色特性

为了研究等离子体羽的辐射特性,建立了激光诱导辐射模型。通过时空分辨光谱测量技术,测定了激光烧蚀铜诱导产生等离子体羽辉在氧气环境下的发射光谱及其发射强度随时间与空间的分布;利用快速照相法,拍摄了等离子体羽的照片。结果表明:等离子体羽光谱主要由Cu的原子谱线、一价离子谱线组成;其不同区域的颜色不同,且随环境气压而变化。认为等离子体羽的不同区域诱导发光机理不同,中心区域以连续辐射为主;中间区域以原子谱线和一价离子谱线为主;外围区域以原子谱线为主。连续辐射主要来自近靶处高能电子运动而产生的韧致辐射以及电子和一价离子的复合;一价离子谱线主要来自近靶处高能电子与一价离子碰撞传能;原子谱线主要来自电子与原子的碰撞传能以及近靶处电子与一价离子的复合。

基于激光烧蚀的等离子体羽辉膨胀动力学机制研究

重点讨论了脉冲激光烧蚀技术中,在考虑等离子体电离效应时等离子体的空间动力学演化特征.首先将等离子体视为可压缩理想气体,根据局域质量守恒和动量守恒,给出了在柱面坐标系下的等离子体压力与空间数密度的变化规律.在此基础上,结合适当的边界条件,用解析法进行求解,得到了在考虑等离子体电离效应时的一组新的动力学演化方程.分析结果表明,电离度会使等离子体的速度沿各个方向都得到加速,等离子体的内部速度具有自相似表达形式.

CO_2与Nd∶YAG脉冲激光锡等离子体羽辉膨胀特性的研究

为了研究激光光源对极紫外(EUV)等离子体碎屑的影响,采用脉冲Nd∶YAG激光与CO2激光激发Sn产生等离子体,基于直接成像法,研究了等离子体羽辉在低气压中的膨胀特性。通过确定等离子体边界,计算出各个角度的等离子体羽辉膨胀边界随时间的变化规律,以及运动动能随运动路径的变化规律。结果表明,气压为10Pa时,在相同激光能量密度(2.5×106m J/cm2)的条件下,CO2脉冲激光作用锡靶产生EUV的等离子体动能小于Nd∶YAG脉冲激光作用锡靶产生的等离子体动能;在减缓离子碎屑的研究中,CO2脉冲激光作为EUV的产生光源要优于Nd∶YAG脉冲激光。这一结果对研究激光等离子体的应用是有帮助的。

脉冲激光诱导石墨等离子体羽辉特性研究

为了研究C_2的演化规律,采用增强型电荷耦合器件(ICDD)直接成像法,通过Nd∶YAG激光器烧蚀石墨靶,使用窄带通滤波片分辨出C_2和C^+的发射位置,研究了在不同空气压力条件下,脉冲激光诱导石墨等离子体中C_2和C^+的发射特性。当空气气压为10^(-2)Pa和3Pa时,C_2发射峰值位于靶材附近,此时C_2的形成主要为靶材的直接发射;气压增大至50Pa时,由于气相重组反应加强,等离子体前端出现另一个C_2的发射峰值,其峰值位置与C^+一致,并且其逐渐占C_2发射的主导地位,此时C_2的形成主要来源于重组反应,C^+发射光强要大于C_2;当气压进一步增大至130Pa时,气相重组反应增加,在等离子体前端出现C_2的发射强度增强,在1. 3μs之后,C_2的发射强度大于C^+。结果表明,随着气压的变化,C_2的发射峰值位置和强度发生明显变化。这一结果对碳等离子体沉积碳纳米材料原理研究是有帮助的。

纳秒脉冲激光沉积中等离子体膨胀的动力学模型

针对纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中等离子体膨胀的特点,建立了新的动力学模型.将等离子体视为高温高压的理想气体和无黏性的流体,得到了等离子体动力学方程组,并深入探讨了脉冲激光沉积过程中等离子体羽辉膨胀的速度特征.结果表明,影响等离子体内部及边缘速度的主要因素有:等离子体的温度、粒子的质量、等离子体的电离度以及动力学源等;由于动力学源的存在,等离子体的速度在垂直于靶材表面和平行于靶材表面的两个方向上,自然会形成具有不同自相似的分布.模拟了等离子体的膨胀过程,给出了等离子体的速度随温度的演化规律,实验结果比传统理论更为吻合.该结果对脉冲激光制备可控、高质量薄膜具有重要的指导作用.

激光扫描焊接熔池及等离子体动态行为

以5A06铝合金为试验材料,采用高速摄影技术对激光扫描焊接过程中的熔池及等离子体羽辉动态行为进行拍摄,对比分析了常规单激光焊接与激光扫描焊接条件下的熔池表面流动特征和等离子体羽辉波动特征.结果表明,一定条件下的摆动激光光束相比于单激光光束,能够极大地增强等离子体羽辉的稳定性,延长其存在周期,同时熔池流动的方向性增强,稳定性提高,整个焊接液态熔池表面不存在"回流"现象,熔池流动产生的流体动压力对匙孔的冲击力作用降低,匙孔的稳定性提高.

脉冲Nd∶YAG激光诱导水滴等离子体的实验研究

为了研究激光诱导液滴等离子体特性,基于脉冲激光与液滴的同步作用,采用直接成像法和阴影法研究了液滴等离子体羽辉膨胀特性及激光作用液滴的运动情况。首先采用增强型电荷耦合器件直接成像法,研究了水滴等离子体的羽辉随时间的演化;其次利用阴影法研究激光作用水滴的阴影图像的演化,观察到激光作用水滴产生的冲击波及液滴团簇的变化,分析计算了冲击波膨胀距离随时间的变化和膨胀速度。结果表明,激光诱导水滴等离子体的膨胀形状近似为椭圆,其中沿激光入射方向的一侧辐射强度较高;100ns内等离子体的膨胀变化近似为线性膨胀,100ns后膨胀趋于稳定;冲击波膨胀半径随时间线性增长,冲击波的膨胀速率约为90m/s。此研究结果可为激光诱导液滴实验提供一定的参考依据。

脉冲激光液相烧蚀贵金属Au/Ag产物的表征及反应机理研究

采用多波长(1064nm、532nm、248nm)脉冲激光在去离子水中对贵金属Au、Ag片表面进行激光烧蚀(PLA)。利用TEM、AFM、SEM对烧蚀金属片表层及产物(微/纳米尺度的金属颗粒)进行观察分析,认为在液相水环境中,整个烧蚀过程主要可分为激光诱导相沸腾爆炸和等离子体羽辉混合体膨胀2个过程。在这2个过程中分别产生得到具有微米尺度的球状金属颗粒和纳米尺度的金属颗粒。同时,具有纳米尺度金属Au/Ag颗粒经过强激光光子"二次"修饰改性过程,形成具有形状统一、分散性和稳定性较好的金属纳米胶体体系,这些胶体中金属纳米颗粒作为探针,在表面增强拉曼散射(SERS)光谱学方面有很好的应用价值。

真空激光焊接技术研究现状与展望

真空环境下激光焊接熔深得到显著提高,焊缝成形及气孔等缺陷得到极大改善,可以获得常规激光焊接方法难以获得的显著效果。近些年,有关真空激光焊接过程机理,低真空甚至局部负压环境激光焊接装置的研究日益完善,真空激光焊接技术在船舶、核电及压力容器等领域大厚板焊接中展现出良好的应用前景。本文首要概述环境压力变化对激光焊缝熔深,焊缝表面成形及气孔等缺陷的影响规律,从焊接过程等离子体羽辉及匙孔、熔池的动态行为特性方面总结国内外学者有关真空激光焊接机理的研究成果,并介绍了真空焊接技术在工业领域的应用情况,最后对目前已报道的研究中存在的问题进行分析并对真空焊接技术的发展前景进行展望。

脉冲激光沉积ZnO薄膜动力学过程模拟

利用有限差分法对脉冲激光沉积(PLD)技术制备ZnO薄膜过程中等离子体在等温和绝热两个阶段的速度演化进行了模拟,并给出了其中主要粒子在空间的具体演化规律,同时对等离子体在空间膨胀的物理机制进行了深入的讨论.

脉冲激光沉积ZnO薄膜动力学过程研究

利用有限差分法对脉冲激光沉积(PLD)技术制备ZnO薄膜过程中等离子体在等温和绝热两个阶段的速度演化进行了研究,给出了其中主要粒子Zn和O在空间的具体演化规律。从模拟的结果可以看出,Zn,O在同一方向的速度演化趋势相似,在不同方向同种粒子速度演化趋势不同。