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超短激光制備單晶硅光柵結構的熱積累效應和實驗研究
王中旺; 汪幫富; 盧金斌; 蔣全勝 蘇州科技大學機械工程學院; 江蘇蘇州215009; 蘇州市高效與精密加工技術重點實驗室; 江蘇蘇州215009
關鍵詞：超短激光 熱積累效應 雙溫方程 單晶硅燒蝕 光柵結構
摘要：針對超短激光輻照單晶硅材料制備光柵結構存在表面裂紋的缺陷,采用雙溫模型數值模擬出熱積累效應,并且實驗驗證不同加工參數下制備的單晶硅表面光柵結構的表面質量。數值模擬出不同超短激光功率下電子溫度和晶格溫度的變化規律,通過調節不同的加工參數制備出單晶硅表面光柵結構溝槽,采用超景深三維顯微鏡對其表面形貌分析。結果表明:當超短激光的輸出功率增大時,激光熱馳豫時間變大,增大了非平衡狀態下激光的燒蝕強度。單晶硅表面的不平整凹坑造成超短激光的反射和散射,從而使得燒蝕后存在凹坑,造成單晶硅表面的損傷溶蝕。當加工速度和加工次數一定時,增大激光的輸出功率可以提高超短激光制備光柵結構的加工效率,但過大的激光功率反而造成光柵結構溝槽兩側出現溶蝕凹坑。
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