高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

冯杰 ,  范宗学 ,  单常亮 ,  魏欣芮 ,  吴琴 ,  杨永佳 ,  周自刚

downloadPDF
文章导航 > 激光技术  > 2015 >  39(6): 869-872
引用本文:
shu
Citation:
shu

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

  • 1.

    西南科技大学 理学院, 绵阳 621010

    • 作者简介: 冯杰(1993-),男,大学本科生,主要从事飞秒激光与物质相互作用及集成光学的相关研究..
    通讯作者: 周自刚, zhouzigang1973@163.com
  • 基金项目:

    四川省学术和技术带头人培养基金资助项目(14zd3104;14zd3110);国家大学生创新创业训练计划资助项目(201310619004)

  • 中图分类号: TN249;TN25

Study on surface structure of lithium niobate crystal induced by femtosecond laser based on thermal effect

  • 1.

    School of Science, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China

    • Corresponding author: ZHOU Zigang, zhouzigang1973@163.com

  • CLC number: TN249;TN25

  • 摘要: 为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.
    Abstract: In order to study thermal effect of femtosecond laser on the surface of LiNbO3 crystal, LiNbO3 crystal surface was etched by tightly-focused femtosecond laser pulses with repetition rate of 25MHz, pulse duration of 100fs and average output power of 500mW. A theoretical thermal diffusion model was built to simulate the temperature filed distribution of the area etched by laser pulses with repetition rate of 25MHz, and the morphology of the etched area was analyzed by a scanning electron microscope. There were three regions with different sizes and densities from the inside to the outside of the etched area, and the central region was ablated by high temperature and was accompanied with the appearance of cracks. Relative contents of Nb and O at the three regions were measured by using energy dispersive spectroscopy and were analyzed with temperature field distribution and morphology. The result shows that Nb and O elements spread out under the drive of temperature field, and relative contents of Nb and O have an important influence on surface structure of etch area. The results are useful for mechanism research of the interaction between high repetition rate femtosecond laser and LiNbO3 crystal.
  • [1]

    ZHOU Z G, LUO C, YANG Y J, et al. Fabrication of 14 optical waveguide splitter by femtosecond laser in LiNbO3[J].Acta Photonica Sinica, 2013, 42(4):402-404(in Chinese).
    [2]

    LI S L, YE Y K. Development of femtosecond laser direct writing waveguides in transparent optical materials [J]. Laser Technology, 2012, 36(6):783-787(in Chinese).
    [3]

    YU B H, LI Y H, DAI N L, et al. Diffraction gratings ablated on LiNbO3 crystal by femtosecond laser pulses [J]. Chinese Journal of Lasers, 2008, 35(8):1161-1164(in Chinese).
    [4]

    HE F, CHENG Y. Femtosecond laser micro machining: frontier in laser precision micro machining [J]. Chinese Journal of Lasers, 2007, 34(5):594-622(in Chinese).
    [5]

    THOMSON R, LEBURN C, REID D, et al. Ultrafast nonlinear optics [M].Berlin, Germany:Springer,2013:317-329.
    [6]

    YELENA V W, LI X X, ZBIGNIEW S, et al. Single-pulse ultrafast-laser machining of high aspect nano-holes at the surface of SiO2[J]. Optics Express, 2008,16(19):14411-14420.
    [7]

    SHANE M E, ZHANG H B, HERMAN P R. Heat accumulation effects in femtosecond laser-written waveguides with variable repetition rate [J]. Optics Express, 2005, 13(12): 4708-4716.
    [8]

    DENG Y P, JIA T Q, LENG Y X, et al. Experimental and theoretical study on the ablation of fused silica by femtosecond lasers[J]. Acta Physica Sinica, 2004, 53(7):2216-2220(in Chinese).
    [9]

    YASUDA N, SHIMIZU M, SAKAKURA M, et al. Formation of elemental distribution in glasses by femtosecond laser irradiation [J]. Materials Science and Engineering, 2011, 8(11): 2012-2015.
    [10]

    MASAHIRO S, MASAAKI S, SHINGO K, et al. Formation mechanism of element distribution in glass under femtosecond laser irradiation [J]. Optics Letters, 2011, 6(11): 2161-2163.
    [11]

    YU B H, DAI N L, WANG Y, et al. Morphology and mechanism of femtosecond aser-induced structural changes in lithium niobate crystal [J]. Acta Physica Sinica, 2007, 56(10): 5821-5826(in Chinese).
    [12]

    VALLE G D, OSELLAME R, LAPORTA P. Micromachining of photonic devices by femtosecond laser pulses[J].Journal of Optics, 2009, A11(1):013001.
  • [1] 李隆 , 史彭 , 刘小芳 , 白杨 , 白晋涛 . 全固态激光器方形倍频晶体KTP温度场的研究. 激光技术, 2005, 29(4): 350-353.
    [2] 徐仰彬 , 凌亚文 . 复合YVO4-Nd：YVO4激光晶体的超高斯热效应研究. 激光技术, 2009, 33(1): 80-82.
    [3] 崔莉军 , 陈星明 , 杨美霞 , 代俊 , 刘文兵 , 黄守彬 . 高能激光系统中不同材料合束镜的热效应分析. 激光技术, 2024, 48(2): 159-165. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.003
    [4] 黎小鹿 , 李俊 , 陶向阳 . 超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析. 激光技术, 2007, 31(6): 624-626,629.
    [5] 宁贵毅 , 傅贵 , 史萌 , 付永栋 , 马任德 , 苏富芳 . 飞秒激光制备光纤U形微结构应用于折射率传感. 激光技术, 2017, 41(6): 916-920. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.06.029
    [6] 高俊超 , 朱长虹 , 李正佳 . 固态激光介质的热效应与光泵浦极限研究. 激光技术, 2004, 28(3): 271-274.
    [7] 李隆 , 史彭 , 李东亮 , 甘安生 , 白晋涛 . 高功率CO2激光器输出窗热效应的研究. 激光技术, 2004, 28(5): 510-513.
    [8] 陈子伦 , 马厉克 , 姜宗福 , 曹涧秋 . LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析. 激光技术, 2005, 29(5): 543-545.
    [9] 冯祝 , 万云芳 . LD端面抽运Nd：GGG激光器热效应研究. 激光技术, 2014, 38(3): 360-363. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.016
    [10] 李隆 , 董武威 , 史彭 , 甘安生 , 许启明 . 高功率Yb：YAG微片激光器热效应研究. 激光技术, 2010, 34(1): 8-12. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.01.003
    [11] 赵臻 , 龙芋宏 , 黄宇星 , 张光辉 , 周辽 , 蔺泽 , 焦辉 , 黄平 . 水束导引高功率激光的热效应分析. 激光技术, 2023, 47(5): 672-677. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.05.015
    [12] 陈子伦 , 侯静 , 姜宗福 . 高功率掺镱双包层光纤激光器热效应理论研究. 激光技术, 2007, 31(5): 544-547,550.
    [13] 黄云火 , 黄磊 , 张海涛 , 柳强 , 闫平 , 巩马理 . 水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析. 激光技术, 2009, 33(3): 225-227.
    [14] 熊征 , 曾晓雁 . 化学反应热效应对激光熔凝区几何特征的影响. 激光技术, 2007, 31(5): 462-464,468.
    [15] 胡席远 , 胡伦骥 , 熊建钢 , 刘建华 , 骆红 , 陈祖涛 . 激光焊接中聚焦透镜热效应研究. 激光技术, 1998, 22(3): 188-190.
    [16] 樊红英 , 张浩 , 赵琦 , 蒋泽伟 , 贾静 , 陈好 . 基于H-S波前传感器的高能激光材料热效应参量测试. 激光技术, 2018, 42(2): 201-205. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.012
    [17] 陈星 , 葛亚琼 . Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金激光熔凝的热效应模拟. 激光技术, 2020, 44(2): 202-205. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.02.011
    [18] 刘建华 , 王又青 , 陈清明 , 陈一坚 , 李再光 , 段军 , 胡席远 . 同轴射频激励CO2激光器的热效应研究. 激光技术, 2001, 25(1): 54-59.
    [19] 李士玲 , 叶永凯 . 飞秒激光直写透明光学材料光波导的研究进展. 激光技术, 2012, 36(6): 783-787. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.018
    [20] 马竞 , 朱煜 , 杨开明 . 应用飞秒激光双光子吸收还原金属离子. 激光技术, 2010, 34(3): 395-397. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.031
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  10157
  • HTML全文浏览量:  7781
  • PDF下载量:  757
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-11
  • 录用日期:  2015-01-17
  • 刊出日期:  2015-11-25

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

    通讯作者: 周自刚, zhouzigang1973@163.com
    作者简介: 冯杰(1993-),男,大学本科生,主要从事飞秒激光与物质相互作用及集成光学的相关研究.
  • 1. 西南科技大学 理学院, 绵阳 621010
  • 收稿日期: 2014-08-11
  • 录用日期: 2015-01-17
  • 网络出版日期: 2015-11-25
基金项目:  四川省学术和技术带头人培养基金资助项目(14zd3104;14zd3110);国家大学生创新创业训练计划资助项目(201310619004)

摘要: 为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (12)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 《激光技术》编辑部 工业和信息化部备案管理系统网站 蜀ICP备10038222号-1

    地址：成都市武侯区人民南路四段7号（成都238信箱） 邮政编码：610041  电话：028-68011091/68011046  Email： jgjs@vip.163.com,  jgjs@sina.com

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发 技术支持： info@rhhz.net   百度统计