文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
飞秒激光诱导铁电晶体畴反转和表面烧蚀的研究
姓名:朱海生
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:陈险峰
20090201
摘要

飞秒激光诱导铁电晶体畴反转和表面烧蚀的研究

摘要

随着飞秒激光的出现激光与材料的相互作用研究进入了一个更为
广阔的空间激光的应用深入到更多的领域本文主要介绍了一种新型
的诱导铁电晶体畴反转的方法飞秒激光诱导畴反转并且对该方法
进行了数值模拟和实验研究另外我们利用飞秒激光对铌酸锂和掺镁
铌酸锂晶体表面进行烧蚀研究这对铁电晶体抗损伤性能的深入了解以
及飞秒激光微加工的应用有着重要的意义
在激光诱导铁电晶体畴反转的理论模型研究中我们通过模拟激光
电场对铁电晶体中决定畴反转的离子的作用证实了激光诱导畴反转的
可行性同时发现随着激光能量的递增诱导畴反转的激光能量窗口
与非反转窗口交替出现此外通过对模型中各种参数的研究得知铁
电晶体的阻尼系数耦合弹性系数温度脉宽以及脉冲频率的减小
都会不同程度地降低畴反转的阈值而通过减小激光束腰半径则能实现
更小的畴结构激光脉冲的载波包络位相 CEP 亦起到重要的作用
当 CEP 在
反转的概率当模型中的各参数根据铌酸锂晶体的实际参数取值时得
I
摘要
到红外波段的飞秒激光诱导畴反转所需的脉冲能量范围为1: 100µJ
在 800 nm 的飞秒激光脉冲诱导下实验得到了微米量级的铌酸锂晶
体畴反转环状结构此时的激光偏振方向与铌酸锂晶体 z 轴平行相比
之下激光偏振方向改变 90 度后畴反转的诱导变得相当困难这说明
激光电场对锂离子的作用是诱导畴反转的主因与我们的理论模型相吻
合实验中的反转阈值能流流量在 1 4J/ cm 2 的范围内作用的激光脉
冲能量范围在 30 60 µJ 验证了数值模拟的预测值另外我们还对实
验进行了优化发现当聚焦激光的透镜焦距选择 150mm 焦点离样品
10 mm时畴反转现象较为明显这种完全通过光进行微极化的方法对三
维畴反转结构的实现具有重要的技术参考价值
另外我们还研究了飞秒激光对铌酸锂晶体和掺镁铌酸锂晶体的表
面烧蚀情况通过拟合烧蚀面积与激光能量流量的对数关系得出两种晶
体在单脉冲和多脉冲作用下的烧蚀阈值比较发现掺镁铌酸锂晶体的单
脉冲烧蚀阈值比铌酸锂晶体的高出 50% 而在多脉冲作用下掺镁铌酸
锂烧蚀阈值随着脉冲个数增加而递减的速度比铌酸锂慢再次证明其抗
损伤能力较强此外关于不同掺镁成分的铌酸锂烧蚀研究表明
Mg(5mol%): LiNbO3 与 Mg(6mol%): LiNbO3 相比具有更高的抗损伤性

关键字飞秒激光畴反转铁电晶体铌酸锂掺镁铌酸锂烧蚀
II
ABSTRACT
STUDY ON SURFACE DOMAIN INVERSION AND
ABLATION OF FERROELECTRIC CRYSTAL
BY FEMTOSECOND LASER

ABSTRACT

With the development of femtosecond laser, the application of laser and
the research area of interaction between laser and materials have been
widened. In this dissertation, a novel method for domain inversion of
ferroelectric crystal, domain inversion induced by femtosecond laser, has
been proposed with simulation study and experimental investigation. Besides,
the surface ablation of lithium niobate and Mg-doped lithium niobate by
femtosecond laser has also been studied, which can help to get a deeper
understanding of the anti-damage characteristic of ferroelectric crystal and
also has important re