01 Papīrs Ievads
Optiskās plānās plēves (vienslāņu/{0}}vairākslāņu pārklājumi vai režģi) tiek plaši izmantotas displejos, lāzersistēmās, medicīnas ierīcēs un aviācijā. Režīmu-bloķēšanas un čirkstošā impulsa pastiprināšanas (CPA) metodes, kas darbina pikosekundes/femtosekundes īpaši ātrus lāzerus, lai gan, paplašinot lietojumus, piemēram, materiālu apstrādei lielas maksimālās jaudas dēļ, arī rada lāzera-izraisītus bojājumus ne-termisku fotonu-, elektronu mijiedarbības, lavānu un čepsorpciju mijiedarbības (avālānu un fotonu) dēļ. galvenais optisko komponentu kalpošanas laika ierobežojošais faktors. Metāla plēves režģi ar to plašo atstarošanas spēju ir izšķiroši tādos scenārijos kā CPA lāzera impulsu saspiešana, taču esošajos pētījumos nav rūpīgi izpētīta saistība starp impulsa ilgumu (īpaši informāciju, kas ir tuvu minimālajam bojājuma slieksnim), vairākiem impulsiem un bojājuma slieksni, kā arī nav pienācīgi ņemta vērā lokālā elektriskā lauka efektu un optisko īpašību laika izmaiņas. Tāpēc šajā pētījumā, izmantojot teorētiskos aprēķinus un eksperimentus, tiek pētīti alumīnija plēves režģu (AMG) bojājumu mehānismi zem 2-15 ps pikosekundes lāzera apstarošanas, bojājuma slieksni definējot kā minimālo lāzera plūsmu, kas izraisa paliekošas morfoloģiskas izmaiņas, savukārt "kumulatīvais efekts" attiecas uz atkārtotām mehāniskām, pakāpeniskām vai elektroniskām īpašību izmaiņām.
02 Pilns teksta pārskats
Šajā pētījumā galvenā uzmanība tiek pievērsta AMG, sistemātiski analizējot pikosekundes lāzeru impulsa ilgumu un vairāku impulsu kumulatīvo bojājumu ietekmi. Pirmkārt, tiek izmantota stingra savienoto{0}}viļņu analīze (RCWA), lai modelētu lokālā elektriskā lauka sadalījumu, identificējot režģa izciļņu stūrus kā visneaizsargātākās zonas; tad divu -temperatūras modelis (TTM) raksturo elektronu un režģu īpaši ātro dinamiku apvienojumā ar alumīnija parametriem, piemēram, latento saplūšanas siltumu, lai prognozētu viena-impulsa un vairāku-impulsu bojājuma sliekšņus; eksperimentāli ir izveidota platforma ar reāllaika attēlveidošanas sistēmu, lai izmērītu bojājumu sliekšņus, izmantojot 2-15 ps regulējamus impulsa platuma lāzerus, atrodot zemāko AMG bojājuma slieksni pie 10 ps (eksperimentālā vērtība 0,0705 J/cm²), vienlaikus izmantojot eksperimenta apstarošanas ātrumu 1 kH 0, 0 atkārtojumu1 impulsu starojums tiek novērots, ka bojājuma slieksnis pakāpeniski samazinās, palielinoties impulsu skaitam (samazinoties līdz 0,0346 J/cm² pie 1000 impulsiem), un bojājuma morfoloģija (ablācija, šļakatas utt.) pasliktinās ar kumulatīviem impulsiem. Pētījuma pamatā ir noteikt kvantitatīvu saistību starp impulsa parametriem (impulsa platumu, skaitu) un AMG bojājumiem, nodrošinot teorētisku un eksperimentālu atbalstu lāzerizturīgu optisko pārklājumu izstrādei.
03 Grafiskā analīze
1. attēlā intuitīvi parādīts pikosekundes lāzera un alumīnija plēves režģa (AMG) mijiedarbības galvenais enerģijas pārneses process. Kā parādīts, kad ultraātrs lāzers iekrīt, metālā esošie brīvie elektroni vispirms ātri absorbē fotonu enerģiju un tiek ierosināti, veidojot augstas -temperatūras elektronu sistēmu; pēc tam ierosinātie elektroni soli pa solim pārnes enerģiju uz režģi, izmantojot elektronu-fononu savienojumu un fononu-fononu izkliedes procesus, galu galā izraisot režģa temperatūras izmaiņas. Šis process izjauc termisko līdzsvaru starp elektroniem un režģi un ir galvenais enerģijas avots lāzera -inducētiem bojājumiem, nodrošinot fizisko ietvaru turpmākai divu -temperatūras modeļa (TTM) izveidei.
2. attēls, kas balstīts uz stingru saistīto viļņu analīzi (RCWA), parāda, ka pie viļņa garuma 1030 nm elektriskā lauka intensitāte ir augstāka režģa kores stūros, veidojot "karstos punktus", kas atklāj iespējamos bojājumu sākuma punktus. AMG pārraides, atstarošanas un absorbcijas spektri norāda, ka režģa perioda palielināšana uzlabo enerģijas absorbciju dažādos viļņu garumos, palielinot materiālu bojājumu risku. SEM attēli parāda acīmredzamus bojājumus AMG kores stūros, kas atbilst elektriskā lauka "karstās vietas" vietām, apstiprinot RCWA simulāciju precizitāti.
3. attēlā ir kvantitatīvi parādīta elektronu un režģa temperatūras attīstība AMG pikosekundes lāzera ekspozīcijas laikā, izmantojot divu temperatūras modeli: pie 10 ps impulsa platuma, kad lāzera enerģijas blīvums sasniedz 0,076 J/cm², režģa temperatūra paaugstinās līdz alumīnija kušanas temperatūrai, kas ir simulētais alumīnija bojājums (933 K). slieksnis 10 ps; pie fiksēta enerģijas blīvuma maksimālā elektronu temperatūra 2 ps īsam impulsam ir daudz augstāka nekā 15 ps garam impulsam (jo īsāki impulsi nogulda enerģiju ātrāk un koncentrē elektronu enerģiju); zem 10 ps impulsa platuma ar 1 kHz atkārtošanās ātrumu, bojājuma slieksnis pēc 10 impulsiem siltuma uzkrāšanās dēļ samazinās līdz 0,0598 J/cm², kas ir zemāks par viena impulsa slieksni.
4. attēlā eksperimentālā iestatīšana nodrošina precīzu lāzera parametru kontroli un bojājumu novērošanu reāllaikā, izmantojot enerģijas kontroles moduli, kas sastāv no 2-15 ps regulējama impulsa platuma lāzera avota, pus-viļņu plāksnes un polarizatora, kā arī reāllaika{5}}novērošanas moduļa ar tumšā lauka attēlveidošanas sistēmu; līkne parāda, ka 2-15 ps impulsa platuma diapazonā AMG bojājuma slieksnis ir viszemākais pie 10 ps (eksperimentālā vērtība 0,0705 J/cm², ļoti atbilst simulētajai vērtībai 0,076 J/cm²); apakšattēls (c) parāda, ka zem 10 ps impulsa platuma, impulsu skaitam palielinoties no 1 līdz 1000, AMG bojājuma zona pakāpeniski paplašinās un materiāla izšļakstīšanās kļūst arvien smagāka, skaidri atspoguļojot vairāku impulsu uzkrāšanās efektu.
Secinājums:
Šajā pētījumā ir apvienota teorija (RCWA+TTM) un eksperimenti, lai noskaidrotu AMG bojājumu izturēšanos zem pikosekundu lāzeriem: RCWA precīzi identificē kores stūrus kā neaizsargātus apgabalus, TTM efektīvi simulē elektronu-režģa dinamiku, lai prognozētu bojājumu sliekšņus, un eksperimenti apstiprina, ka no 10 mazākajiem bojājumiem ps ir mazākais. elektronu-fonona relaksācijas, režģa termiskās difūzijas ierobežojuma un pārejošas absorbcijas ietekme). Zem 1 kHz daudzimpulsu apstarošanas ir ievērojama kumulatīva ietekme, samazinoties bojājuma slieksnim un pasliktinoties morfoloģiskajiem bojājumiem, palielinoties impulsu skaitam. Lai gan TTM pilnībā nereproducē absolūtās eksperimentālās vērtības, jo tiek ignorēti materiāla defekti, fāzes maiņas dinamika (piemēram, iztvaikošana) un mehāniskie efekti (piemēram, termiskais spriegums), tas joprojām nodrošina vienotu analītisko ietvaru mijiedarbībai starp strukturētām metāla plēvēm un īpaši ātriem lāzeriem. Rezultāti ir nozīmīgi norādījumi, lai uzlabotu lieljaudas lāzersistēmu un precīzu optisko komponentu izturību, izstrādātu lāzeraizsardzību kosmosa un rūpnieciskajā lāzerapstrādē, un tie sniedz galvenos pierādījumus lāzerizturīgo plēvju materiālu un struktūru optimizēšanai.
