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飞秒激光作用下薄膜的非平衡传性芯热特专业名称指导教师指导小组成员作者姓名年
摘要随着微纳器件的快速发展和纳米薄膜材料的广泛应用,那些发生在微尺度下的超快热传输过程不同于传统的热扩散规律,具有明显的非平衡特性。准确理解微观的能量沉积和输运机制对于微纳器件的设计、开发和应用具有十分重要的意义。飞秒激光所具有的超短脉冲宽度和超高峰值功率为研究材料中的超快热力学过程提供了有效的手段,。首先,采用磁控溅射技术在片和玻璃衬底上制备了不同厚度的薄膜样品,并取部分样品分别进行了妗℃和嫱嘶鸫恚蒙璧缇岛原子力显微镜对样品的表面形貌进行表征。结果发现:溅射得到的薄膜样品表面都光滑平整,且随着薄膜厚度增大,颗粒大小呈现先增大后减小的趋势;退火处理后,薄膜的晶粒明显变大,且当退火温度为媸毙Ч詈谩其次,基于抛物两步热传导模型,对飞秒激光作用下薄膜的超快非平衡动力学过程进行了数值模拟。结果表明:在激光辐照初期,电子和晶格系统之间存在明显的非平衡现象,电子系统的温升要明显大于晶格系统;电子热容、激光脉冲宽度和激光能量密度对峰值电子温度有较大的影响,,而对电子和晶格温度达到平衡时的延迟时间影响较大;随着激光脉冲宽度减小,材料的烧伤阈值降低;在同一时刻,随着薄膜从表层到里层内深度的增加,电子温度逐渐降低,且电子温度梯度随时间延迟先增大后减小。最后,,通过测量不同厚度、退火处理、衬底和泵浦光功率影响下薄膜的瞬态反射率,对其超快的非平衡热传输过程进行了分析和研究。结果表明:飞秒激光加热后,反射率曲线在的时间内从初始的稳定值突变到极值,随后有一个缓慢的恢复过程;随着薄膜厚度增加,反射率曲线在零点后的变化幅值逐渐减小,曲线的恢复过程逐渐加快,且恢复到平衡时的位置降低,这主要是由电子弹道运动和热扩散两个过程引起的;薄膜厚度较小时,衬底材料对反射率曲线的影响较大,随着厚度增大,影响江苏大学硕士学位论文
关键词:飞秒激光,泵浦一探测,薄膜,抛物两步模型,非平衡热传导减弱,且热导率较高的衬底样品的反射率曲线极值比玻璃衬底的小;退火处理后,薄膜的反射率曲线的极值位置降低,且恢复到平衡时所用的时间增长,这是由于薄膜的晶粒大小发生了变化;不同的泵浦光功率并没有改变反射率曲线的整体趋势,只是随着泵浦光功率增加,反射率曲线的变化幅值增大。飞秒激光作用下薄膜的菲胶獯忍匦匝芯
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