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飞秒激光与Si₃N₄晶体相互作用的理论研究

作　者: 吴淼
导　师: 王凯歌
学　校: 西北大学
专　业: 光学
关键词: 飞秒激光脉冲宽度微扰能态密度
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

研究飞秒激光对Si3N4晶体损伤的理论,既能提供飞秒脉冲在晶体中的微加工领域的理论支持,又能推广飞秒脉冲在各种领域内的应用前景。同时反过来又能分析、完善飞秒激光与Si3N4晶体相互作用的机制。本文利用含时微扰论并结合能态论对飞秒激光与Si3N4晶体相互作用的理论进行推导,其主要工作有：首先,由于飞秒激光的脉冲宽度极短,所以在论述飞秒脉冲与Si3N1晶体相互作用时,主要讨论其非线性过程,同时对这一过程进行了理论分析。而在分析价带电子的激发时,也确定了与价带电子及局域态电子吸收系数的相关模型。其次,利用定态Boltzmann方程与含时微扰理论等推导了导带电子数密度随时间、能量变化的偏微分方程和电子弛豫时间,即晶格从一个平衡态到另一平衡态所需要的时间。结合单个电子态的变化,以此修正晶格本征态的变化。因为其热效应主要取决于晶格振动。而这有助于考虑相邻脉冲时的情况,同时调整适当的脉冲间隔从而不同于长脉冲的情况；最后,对能态密度进行球面波近似,以此为基础对Si3N4晶体的导带电子数密度随时间、能量变化的方程进行简化。

全文目录

摘要 3-4Abstract 4-6第一章绪论 6-14 1.1 Femtosecond laser加工材料的特点 7-9 1.2 Femtosecond laser加工的研究进展 9-12 1.2.1 Femtosecond laser对材料损伤理论的研究进展 9-10 1.2.2 Femtosecond laser加工应用研究进展 10-12 1.3 Si_3N_4晶体的晶格结构 12-13 1.3.1 β-Si_3N_4型晶体生长界面结构 12-13 1.4 本论文研究内容 13-14第二章 Femtosecond laser与Si_3N_4晶体相互作用的机制 14-20 2.1 引言 14 2.2 Femtosecond laser与Si_3N_4晶体相互作用时的非线性效应 14 2.3 激光脉冲对Si_3N_4晶体的损伤机理 14-17 2.3.1 长脉冲激光对材料的损伤 14-15 2.3.2 Femtosecond laser对Si_3N_4晶体的损伤机理 15-17 2.4 等离子体以及临界电子数密度 17-18 2.5 电子弛豫过程 18 2.6 本章小结 18-20第三章 Femtosecond laser与Si_3N_4晶体相互作用的理论 20-34 3.1 引言 20 3.2 价带电子的散射几率 20-25 3.3 导带电子数密度随时间和能量的变化 25-28 3.4 对单电子态的修正 28-31 3.5 电子弛豫时间的估算 31-33 3.6 本章小结 33-34第四章飞秒脉冲与Si_3N_4晶体相互作用的理论简化 34-40 4.1 导带电子数随时间和能量变化的偏微分方程 34-36 4.2 对导带电子数随时间和能量变化的偏微分方程进行简化 36-39 4.2.1 方程的有限元格式 37-39 4.3 本章小结 39-40总结与展望 40-41参考文献 41-44致谢 44

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