氮化硅陶瓷可以用于增強半導體等器件性能,常用脈沖激光的加工方式進行材料表面微結構的制備,但激光的實際加工效果和效率的限制了其應用。隨著激光微納加工領域的發(fā)展,復合多種類型激光進行加工正在形成一種新的技術研究方向,將納秒和皮秒激光耦合進行加工作為一種新型加工技術,結合納秒與皮秒激光的加工優(yōu)勢,具有廣泛的應用前景。本文針對相應的激光特性,分析了納皮秒激光的雙脈沖能量耦合模型及其與材料的相互作用過程,研究了納皮秒雙脈沖激光蝕除材料的行為。首先,本文研究了納秒和皮秒單脈沖激光與氮化硅陶瓷的能量傳遞過程,建立了相應的理論模型并進行了數值仿真,揭示了納秒和皮秒單脈沖激光輻照下氮化硅陶瓷物理性質的演變規(guī)律,分析不同類型激光的加工特點。隨后提出了納秒和皮秒激光的耦合方法并建立了相應的雙脈沖激光能量耦合模型,通過仿真探究了納皮秒雙脈沖激光耦合作用下的材料光學熱學性質的演變規(guī)律,對比仿真結果中納秒和皮秒單脈沖激光蝕除材料過程中的材料物理性質的變化,分析了皮秒脈沖的作用對氮化硅陶瓷的物理性質的調控機制,并進行了相關的蝕除實驗,對比分析仿真模型的與實驗結果的差異。最后,在理論和仿真的研究基礎上,對理論模型進行... 

【文章頁數】：79 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的來源
    1.2 課題背景及研究的目的和意義
    1.3 國內外在該方向的研究現狀及分析
        1.3.1 脈沖激光蝕除機理
        1.3.2 激光與材料的能量傳遞模型
        1.3.3 單脈沖激光刻蝕加工
        1.3.4 雙脈沖激光耦合加工
    1.4 國內外研究現狀綜述
    1.5 課題主要研究內容
第2章 納秒/皮秒單脈沖激光輻照Si_3N_4陶瓷的基礎理論與仿真分析
    2.1 引言
    2.2 納秒激光的能量傳遞模型
    2.3 皮秒激光的能量傳遞模型
        2.3.1 皮秒激光功率密度的高斯分布模型
        2.3.2 自由電子濃度的演變模型
        2.3.3 材料光學性質的演變模型
        2.3.4 電子/晶格溫度的雙溫模型
    2.4 納秒/皮秒單脈沖激光數值仿真的建立
    2.5 納秒激光與Si_3N_4陶瓷的能量傳遞過程分析
    2.6 皮秒激光與Si_3N_4陶瓷的能量傳遞過程分析
        2.6.1 皮秒激光的功率密度
        2.6.2 等離子體的演變過程
        2.6.3 電子/晶格的溫度變化
        2.6.4 Si_3N_4陶瓷的蝕除形貌
    2.7 本章小結
第3章 納皮秒雙脈沖激光輻照Si_3N_4陶瓷的仿真分析與實驗驗證
    3.1 引言
    3.2 納皮秒雙脈沖激光的能量耦合模型
        3.2.1 納皮秒雙脈沖激光的能量耦合機制
        3.2.2 納皮秒雙脈沖激光數值仿真的建立
    3.3 納皮秒雙脈沖激光作用Si_3N_4硅陶瓷的仿真分析
        3.3.1 皮秒單脈沖作用與納皮秒雙脈沖耦合作用對比分析
        3.3.2 納秒單脈沖作用與納皮秒雙脈沖耦合作用對比分析
        3.3.3 納皮秒雙脈沖耦合作用的蝕除過程分析
    3.4 仿真模型的實驗驗證
        3.4.1 仿真和實驗的驗證方法
        3.4.2 仿真模型的準確性驗證
        3.4.3 仿真模型的可靠性驗證
    3.5 本章小結
第4章 納皮秒雙脈沖激光加工的參數優(yōu)化分析
    4.1 引言
    4.2 納皮秒雙脈沖激光的仿真優(yōu)化
    4.3 納皮秒雙脈沖激光的不同延時參數仿真分析
        4.3.1 不同延時參數作用下Si_3N_4陶瓷的吸收率
        4.3.2 不同延時參數作用下Si_3N_4陶瓷吸收納秒激光的溫度變化
        4.3.3 不同延時參數作用下Si_3N_4陶瓷的蝕除形貌
    4.4 納皮秒雙脈沖激光的單脈沖能量仿真分析
        4.4.1 皮秒激光單脈沖能量的數值仿真
        4.4.2 納秒激光單脈沖能量的數值仿真
    4.5 納皮秒雙脈沖激光的能量配比仿真分析
    4.6 納秒激光耦合皮秒脈沖序列仿真分析
        4.6.1 自由電子的濃度變化
        4.6.2 Si_3N_4陶瓷吸收納秒/皮秒激光的溫升
        4.6.3 Si_3N_4陶瓷的總溫升與蝕除形貌
    4.7 納皮秒雙脈沖激光的掃描速度仿真分析
    4.8 本章小結
結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3725274