硅片表面粗糙度对飞秒激光诱导表面周期结构的影响.doc

硅片表面粗糙度对飞秒激光诱导表面周期结构的影响

1.7万字 39页 原创作品，已通过查重系统


摘要
激光诱导表面周期微结构是一个普遍的现象，一般认为是入射激光与表面散射光的干涉引起的。近年，很多学者报道了利用飞秒激光辐照可在 Si 表面诱导出一种与激光偏振垂直的近波长结构。条纹的形成不能用以往的理论来解释，可能与表面等离子体有关。
本论文主要来研究Si片表面激发等离子体的可能性，通过使用激光中心波长为800nm，重复频率为1Khz、脉宽为120fs的飞秒激光脉冲静态辐照和线性扫描辐照硅表面研究了波纹的形成机制，用表面粗糙度不同的Si片研究了不同粗糙度对表面周期结构的影响。在静态辐照粗糙Si片表面，脉冲数在1个的时候就可以形成表面周期结构，而光滑Si片在脉冲大于2个以后才可以形成。线性扫描辐照粗糙Si片表面，得到了垂直于激光偏振方向的近波长条纹和与该条文互相垂直的二级微米级条纹，光滑Si片表面则只有垂直于激光偏振的近波长条纹。采用FDTD模拟进一步证实二级条纹的形成可能是由于在同等辐照时间下粗糙硅片表面形成的近波长条纹深度更深引起的，这一结果进一步说明粗糙硅片表面确实更容易形成近波长条纹结构。研究表明，样品表面质量对近波长条纹结构的形成具有重要作用，可能的机制是：表面粗糙度引起的散射光可以与表面等离子体波的波矢匹配，激发表面等离子体波；表面等离子体波进而与入射激光发生干涉形成光场的周期调制，最终诱导条纹形的周期性烧蚀结构。这项研究解答了入射光与表面等离子体波干涉模型中的表面等离子体波的激发方式问题。



关键字：飞秒激光，硅，表面粗糙度，波矢匹配