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激光诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型

文档信息秋窗风雨1234贡献于2012-12-080.0分(0人评价)暂无用户评价我要评价大家印象：贡献者等级：初试锋芒 二级格式：pdf关键词：暂无举报文档激光诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型隐藏 第 41 卷激光与红外 LASER ＆ INFRAREDVol． 41， 9 No． September， 20112011 年 9 月5078（ 2011） 09096905 文章编号：1001-·激光应用技术·激光诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型李世雄， 白忠臣， 黄 政， 张 欣， 秦水介（ 贵州大学 贵州省光电子技术及应用重点实验室， 贵州 贵阳 550025）要：利用调 Q 的 Nd∶YAG 激光器输出的纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道 ， 加 4． 2 mm， 。本文对激光脉冲与物质相互作用的移动损伤模型进行了 工深度可达 通道内壁光滑 摘 研究， 建立了适用于纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型 ， 利用损伤模型分 析了通道特点， 模型结果与实验结果基本相符。关键词：激光诱导等离子体； 微通道； 激光脉冲； 损伤模型 DOI： 10． 3969 / j． issn． 10015078． 2011． 09． 006 中图分类号：TN249 文献标识码：ABreakdown model of micro channels fabrication in fused silica substrates by laserinduced plasmaLI Shixiong， ZhongBAI chen， HUANG Zheng， ZHANG Xin， QIN Shuijie（ Key Lab of Photoelectron Technology and Application， Guizhou University， Guiyang 550025， China） Abstract： A Qswitched Nd∶YAG laser is used to fabricate micro channels in a 1 cm3 fused silica substrate． The work is done by laserinduced plasma． The interior wall of the micro channels is smooth and the depth of the channels is up to 4． 2 mm． The model of moving breakdown induced by laser pulses is set up and analyzed． The model can be used to predict the breakdown of micro channels fabricated by laserinduced plasma with nanosecond Nd∶ YAG laser pulses． The model can also be used to analyze the channel characteristics． The model conforms to the experimental results well． Key words： laserinduced plasma； micro channels； laser pulses； breakdown model微 / 纳米通道是国内外微纳米技术研究的热点 ， 可应用于 DNA 分析、 血液分析、 化学分析、 微型电子 机械系统等多个方面。激光由于其优良的光束特性 以及很高的功率密度使激光加工具有加工范围广 、 加工精度高、 无污染等优点 ， 基于激光诱导等离 其内壁光滑， 加工速度快， 应用 子体加工的微通道， 价值极大。关于激光诱导等离子体加工微通道的研 ［2 ］ 秦水介等 首先提出了大功率 Nd∶ YAG 究并不多， 激光器输出的激光脉冲（ 波长 1064 nm） 诱导等离子 体加工微通道的方法， 微通道直径在 25 ～ 200 μm，［3 ］ 深度可达 4 mm； 冯彩玲等 利用倍频技术 （ 倍频光 ［1 ］体在通道内的强弱以及消失与通道气压有关 。这些 报道中， 只对等离子体加工微通道作了定性的描述 ， 并没提出具体的理论模型。对于激光等离子体与物 Raizer［5］ 首 质相互作用损伤模型的研究已有报道 ， 先提出了描述激光脉冲与物质相互作用的移动损伤 Docchio 和 FAN 等［6 － 8］ 相继描述 模型， 在此基础上， 了纳秒和飞秒激光脉冲与物质作用的移动损伤模 ［9 ］ 型。

纳秒激光加工石英微通道的实验与理论研究

这些 报道中， 只对等离子体加工微通道作了定性的描述 ， 并没提出具体的理论模型。对于激光等离子体与物 Raizer［5］ 首 质相互作用损伤模型的研究已有报道 ， 先提出了描述激光脉冲与物质相互作用的移动损伤 Docchio 和 FAN 等［6 － 8］ 相继描述 模型， 在此基础上， 了纳秒和飞秒激光脉冲与物质作用的移动损伤模 ［9 ］ 型。韩敬华等 利用移动损伤模型分析纳秒激光 在 K9 玻璃中的损伤形貌及其能量沉积问题。研究基金项目：贵州省 社 会 发 展 攻 关 项 目 （ No． 黔 科 合 SY［2010］ 3037 号） ； 贵州 省 科学 技 术 基 金项目 （ No． 黔科合 J 字［ 2010］2103 号） ； 贵州大学研究生创新基金项目（ No． 校研理工 2011004） 资助。作者简介：李世雄（ 1985 － ） ， 硕士， 男， 主要从事激光微加工的 mail： lishixiong1985@ 126． com 研究。

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E0304收稿日期：2011- 17； 修订日期：2011- 20532 nm） 后使通道深度可达 8 mm； 樊永发等［4］ 对加 认为等离子 工过程中的等离子体光谱进行了分析，激光与红外第 41 卷激光对光学材料的损伤机理已有许多报道 ， 但都是 为了讨论其抗损伤能力， 如何利用这种损伤却没有 充分的研究， 因此研究激光等离子体加工石英微通 具有重要的理论与应用意义。道的损伤机理， 本文利用调 Q 的 Nd∶YAG 激光器（ 波长 1064 nm） 输出的纳秒激光脉冲诱导石英等离子体加工石英微 通道， 研究了通道特点及其形成机理， 在描述激光脉 冲与物质相互作用的移动损伤模型的基础上作了进 一步的修正， 提出了等离子体加工微通道的损伤模 在此基础上对加工出来的微通道作了分析 。型， 2 实 验 2． 1 实验装置 激光加工系统和观 实验装置主要包含两部分， 测测量系统， 其中激光加工系统示意图如图 1 所示。采用声光调 Q 的 Nd∶YAG 激光器 （ 武汉激光科 技有 限 公 司 生 产 的 DPSS － 50 激 光 器，波 长 1064 nm， 脉宽 140 ns） 作为微加工的光源， 激光重复 频率（ 可调） 设置为 2000 Hz， 该实验在空气环境下 进行， 激光器由电脑控制。激光束经过准直扫描后， 再经一焦距为 100 mm 的聚焦透镜会聚入射到石英 样品表面， 熔融石英样品是上海石创光学玻璃仪器 有限公司生产的六面抛光的熔融石英立方体 。

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激光 基模 单 脉 冲 能 量 约 1． 7 mJ， 模 光 斑 尺 寸 约 为 基 400 μm2 （ 1 / e2 强度处半径约为 12 μm） 。用于观测 测量的是荧光显微镜 BM － 13 （ 上海光学仪器六厂 生产） 。3 3． 1Fig． 2 （ a） 图2 微通道显微图 （ b）microscope photos of micro channels drilled by laserinduced plasma理论分析 加工过程机理分析材料吸收光能而引 高功率分享到: X分享到： 使用一键分享，轻松赚取财富值， 了解详情 嵌入播放器：普通尺寸(450*500pix)较大尺寸(630*500pix)预览复制 收藏此文档 免费 下载此文档大小：368.99KB所需财富值：0 登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！现在登录 你可能喜欢 第４１ 卷 第９ 期 激 光 与 红 外 Ｖｏｌ． ４１，Ｎｏ． ９ ２０１１ 年９ 月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１１ 文章编号：１００１５０７８（２０１１）０９０９６９０５ ·激光应用技术·激光诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型李世雄，白忠臣，黄 政，张 欣，秦水介（贵州大学 贵州省光电子技术及应用重点实验室，贵州 贵阳 ５５００２５）摘 要：利用调Ｑ 的Ｎｄ∶ ＹＡＧ 激光器输出的纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道，加工深度可达４． ２ ｍｍ，通道内壁光滑。本文对激光脉冲与物质相互作用的移动损伤模型进行了研究，建立了适用于纳秒激光脉冲诱导等离子体加工石英微通道的损伤模型，利用损伤模型分析了通道特点，模型结果与实验结果基本相符。关键词：激光诱导等离子体；微通道；激光脉冲；损伤模型中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１５０７８． ２０１１． ０９． ００６Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ ｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａＬＩ Ｓｈｉｘｉｏｎｇ，ＢＡＩ Ｚｈｏｎｇｃｈｅｎ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ，ＱＩＮ Ｓｈｕｉｊｉｅ（Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ Ｑｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｎｄ∶ ＹＡＧ ｌａｓｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆａｂｒｉｃａｔｅ ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ ａ １ ｃｍｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ． Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｓ ｄｏｎｅ ｂｙ ｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｗａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｓ ｓｍｏｏｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｓ ｕｐｔｏ ４． ２ ｍｍ． Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ ｗｉｔｈ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｎｄ∶ ＹＡＧ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｃｏｎｆｏｒｍｓ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ；ｍｉｃｒｏ ｃｈａｎｎｅｌｓ；ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ；ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｍｏｄｅｌ１ 引 言微／ 纳米通道是国内外微纳米技术研究的热点，可应用于ＤＮＡ 分析、血液分析、化学分析、微型电子机械系统等多个方面。

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