飛秒激光誘導鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)和表面燒蝕的研究.pdf

1、隨著飛秒激光的出現(xiàn)，激光與材料的相互作用研究進入了一個更為廣闊的空間，激光的應用深入到更多的領(lǐng)域。本文主要介紹了一種新型的誘導鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的方法——飛秒激光誘導疇反轉(zhuǎn)，并且對該方法進行了數(shù)值模擬和實驗研究；另外，我們利用飛秒激光對鈮酸鋰和摻鎂鈮酸鋰晶體表面進行燒蝕研究，這對鐵電晶體抗損傷性能的深入了解以及飛秒激光微加工的應用有著重要的意義。 在激光誘導鐵電晶體疇反轉(zhuǎn)的理論模型研究中，我們通過模擬激光電場對鐵電晶體中決定疇反轉(zhuǎn)的

2、離子的作用，證實了激光誘導疇反轉(zhuǎn)的可行性，同時發(fā)現(xiàn)，隨著激光能量的遞增，誘導疇反轉(zhuǎn)的激光能量窗口與非反轉(zhuǎn)窗口交替出現(xiàn)。此外，通過對模型中各種參數(shù)的研究得知，鐵電晶體的阻尼系數(shù)、耦合彈性系數(shù)、溫度、脈寬以及脈沖頻率的減小，都會不同程度地降低疇反轉(zhuǎn)的閾值，而通過減小激光束腰半徑則能實現(xiàn)更小的疇結(jié)構(gòu)。激光脈沖的載波包絡位相（CEP）亦起到重要的作用，當CEP在0.5 附近時，激光能量能更充分利用在疇反轉(zhuǎn)上，從而增大疇反轉(zhuǎn)的概率。當模型中的各參

3、數(shù)根據(jù)鈮酸鋰晶體的實際參數(shù)取值時，得到紅外波段的飛秒激光誘導疇反轉(zhuǎn)所需的脈沖能量范圍為。 在800的飛秒激光脈沖誘導下，實驗得到了微米量級的鈮酸鋰晶體疇反轉(zhuǎn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。此時的激光偏振方向與鈮酸鋰晶體z軸平行，相比之下，激光偏振方向改變90度后，疇反轉(zhuǎn)的誘導變得相當困難。這說明激光電場對鋰離子的作用是誘導疇反轉(zhuǎn)的主因，與我們的理論模型相吻合。實驗中的反轉(zhuǎn)閾值能流流量在1～4的范圍內(nèi)，作用的激光脈沖能量范圍在30～60，驗證了數(shù)值模擬

4、的預測值。另外，我們還對實驗進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)當聚焦激光的透鏡焦距選擇150，焦點離樣品10時，疇反轉(zhuǎn)現(xiàn)象較為明顯。這種完全通過光進行微極化的方法對三維疇反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)具有重要的技術(shù)參考價值。 另外，我們還研究了飛秒激光對鈮酸鋰晶體和摻鎂鈮酸鋰晶體的表面燒蝕情況。通過擬合燒蝕面積與激光能量流量的對數(shù)關(guān)系得出兩種晶體在單脈沖和多脈沖作用下的燒蝕閾值。比較發(fā)現(xiàn)摻鎂鈮酸鋰晶體的單脈沖燒蝕閾值比鈮酸鋰晶體的高出50％，而在多脈沖作用下，摻