一种预测飞秒激光加工熔融石英的方法技术

本发明专利技术涉及一种预测飞秒激光加工熔融石英的方法，主要步骤包括：建立飞秒激光加工熔融石英的模型，对计算参数进行初始化；通过模型计算在不同激光参数下的加工阈值、加工深度、加工轮廓和去除体积；基于计算结果分析深度去除效率及加工效率，并给出指导参数。本发明专利技术可以避免通过反复实验获得加工参数的过程，利用预测结果可对加工参数进行优化，从而缩短产品周期，降低加工成本，提高生产效率和加工质量，因此对飞秒激光加工熔融石英的实际加工过程具有重要指导价值。过程具有重要指导价值。过程具有重要指导价值。

【技术实现步骤摘要】
一种预测飞秒激光加工熔融石英的方法


[0001]本专利技术涉及一种预测飞秒激光加工熔融石英的方法，属于飞秒激光微纳制造


技术介绍

[0002]飞秒激光脉冲与电介质的相互作用是基础物理的一个活跃研究领域，其中涉及一系列复杂过程，包括非线性电离产生自由电子、自由电子吸收激光能量以及材料去除。它同时也应用于工业领域，如MEMS石英器件的加工、高性能陶瓷的表面处理、光学元件的制造等等。而飞秒激光加工的最终结果取决于飞秒激光脉冲如何控制电子动态。对于飞秒激光与电介质的相互作用，光致电离导致自由电子的初始产生，这取决于电场和激光强度。导带中的激发电子可以进一步电离其他电子。如果自由电子密度接近临界密度，电介质材料将变得不透明。激光脉冲能量在极短时间内被非常浅的区域吸收，从而导致表面材料的烧蚀。有一系列材料机制共存并瞬态变化，如库仑爆炸、热熔化、静电去除等。现有的预测方法中(例如B.Chimier，et al.Damage and ablation thresholds of fused
‑
silica in femtosecon本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测飞秒激光加工熔融石英的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、根据飞秒激光与熔融石英的相互作用过程，建立飞秒激光加工熔融石英的模型；自由电子密度n
e
的时间演变方程为：式中t对应时间，ω
PI
是光致电离速率，ω
II
是碰撞电离速率，τ
r
是衰减时间常数，n
v0
是熔融石英中的电子密度总数；随着电子的激发和密集等离子体的产生，等离子体的光学特性将发生瞬时变化，光学特性的演变过程由介电函数给出，表示为：式中等离子体频率n
e
为自由电子密度，e为电子电荷，m
e
是电子质量，∈0为自由空间的介电常数，τ
e
为自由电子弛豫时间；根据马西森定则同时考虑电子
‑
声子碰撞速率v
ep
和电子
‑
离子碰撞速率v
ei
，自由电子弛豫时间τ
e
表示为：式中，v
e
为电子散射速率，电子
‑
声子碰撞速率v
ep
和电子
‑
离子碰撞速率v
ei
均由电子温度决定；随着电子激发到导带，随着激光能量的吸收，电子动能将进一步增加，即电子温度进一步上升；飞秒激光加热自由电子过程中，电子温度T
e
的计算公式为式中，c
e
为电子热容，n
e
为自由电子密度，为电子导热系数，v
F
是费米速度，v
e
是电子散射速率，α为吸收系数，对应于复合过程中转移到电子的势能，以及光致电离和碰撞电离过程中的激光能量损失；所述高斯光束的激光强度I表示为式中F是入射激光通量，t
p
是脉冲持续时间，R是光学反射率，α是吸收系数；r是从给定点到激光束中心的距离；r0是激光束半径，定义为激光强度衰减为激光束中心最大强度的1/e2的半径；z是从给定点到上表面的距离；E、数值程序，通过循环迭代计算直到自由电子密度和电子温度达到收敛，使得材料性质是自洽的，这确保了后续计算的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，吉鹏飞，潘鹏晖，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：