01 Ponència Introducció
Les pel·lícules primes òptiques (recobriments o reixetes d'una o-capa única) s'utilitzen àmpliament en pantalles, sistemes làser, dispositius mèdics i aeroespacial. Les tècniques de mode-bloqueig i amplificació de pols xip (CPA) que condueixen làsers ultraràpids de picosegons/femtosegons, tot i que amplien aplicacions com el processament de materials a causa de la potència màxima alta, també causen danys induïts per làser-a causa d'interaccions no{-de fotons-electrons tèrmics (absorció multifotònica, limitació de la vida útil, etc.). dels components òptics. Les reixetes de pel·lícula metàl·lica, amb la seva àmplia reflectivitat, són crucials en escenaris com la compressió del pols làser CPA, però la investigació existent no ha investigat a fons la relació entre la durada del pols (especialment els detalls propers al llindar de dany mínim), polsos múltiples i el llindar de dany, ni ha considerat adequadament la variació temporal dels efectes del camp elèctric local i les propietats òptiques. Per tant, aquest estudi, a través de càlculs i experiments teòrics, investiga els mecanismes de dany de les reixetes de pel·lícula d'alumini (AMG) sota irradiació làser de picosegons de 2-15 ps, definint el llindar de dany com la fluència làser mínima que indueix canvis morfològics permanents, mentre que l'"efecte acumulatiu" es refereix als canvis graduals en les propietats tèrmiques o electròniques repetides del material causades per l'exposició mecànica o electrònica repetida.
02 Visió general del text complet
Aquest estudi se centra en AMG, analitzant sistemàticament la durada del pols dels làsers de picosegons i els efectes de dany acumulat de múltiples polsos: en primer lloc, s'utilitza una anàlisi rigorosa d'-ones acoblades (RCWA) per simular la distribució local del camp elèctric, identificant les cantonades de la reixa com les zones més vulnerables; aleshores, el model de dues-temperatures (TTM) caracteritza la dinàmica ultraràpida d'electrons i gelosies, combinada amb paràmetres d'alumini com la calor latent de fusió, per predir els llindars de dany d'un sol-pols i multi-pols; experimentalment, s'ha configurat una plataforma amb un sistema d'imatge-en temps real per mesurar els llindars de dany mitjançant làsers d'amplada de pols ajustable de 2-15 ps, trobant el llindar de dany AMG més baix a 10 ps (valor experimental 0,0705 J/cm²), mentre que s'utilitza una freqüència d'irradiació d'1 kHz per a l'experiment d'irradiació de pols 100010. el llindar de dany disminueix progressivament amb l'augment del nombre de polsos (caiguda a 0,0346 J/cm² a 1000 polsos) i la morfologia del dany (ablació, esquitxades, etc.) empitjora amb polsos acumulats. El nucli de l'estudi és establir una relació quantitativa entre els paràmetres del pols (amplada del pols, nombre) i el dany AMG, proporcionant suport teòric i experimental per al desenvolupament de recobriments òptics resistents al làser.
03 Anàlisi Gràfica
La figura 1 mostra de manera intuïtiva el procés de transferència d'energia central de la interacció entre el làser de picosegons i la reixa de pel·lícula d'alumini (AMG). Com es mostra, quan el làser ultraràpid incideix, els electrons lliures del metall absorbeixen ràpidament l'energia dels fotons i s'exciten, formant un sistema d'electrons d'alta -temperatura; posteriorment, els electrons excitats transfereixen energia a la xarxa pas a pas mitjançant processos d'acoblament d'electrons-fonons i de dispersió de fonons-fonons, provocant, finalment, canvis en la temperatura de la xarxa. Aquest procés trenca l'equilibri tèrmic entre els electrons i la xarxa i és la font d'energia fonamental del dany induït per làser-, proporcionant el marc físic per a l'establiment posterior del model de dues-temperatures (TTM).
La figura 2, basada en una rigorosa anàlisi-d'ones acoblades (RCWA), mostra que a una longitud d'ona de 1030 nm, la intensitat del camp elèctric és més alta a les cantonades de la reixeta, formant "punts calents" que revelen els punts d'inici probable del dany. Els espectres de transmissió, reflexió i absorció AMG indiquen que augmentar el període de reixeta millora l'absorció d'energia a diferents longituds d'ona, augmentant el risc de danys materials. Les imatges SEM mostren danys evidents a les cantonades de la cresta AMG, d'acord amb les ubicacions del "punt calent" del camp elèctric, validant la precisió de les simulacions RCWA.
La figura 3 quantifica l'evolució de les temperatures d'electrons i gelosia en AMG sota exposició làser de picosegundo mitjançant un model de dos-temperatura: a una amplada de pols de 10 ps, quan la densitat d'energia del làser arriba a 0,076 J/cm², la temperatura de la gelosia s'eleva fins al punt de fusió de l'alumini (933 K), que representa un dany simulat per {5}l pols únic. 10 ps; a una densitat d'energia fixa, la temperatura màxima d'electrons per a un pols curt de 2 ps és molt superior a la d'un pols llarg de 15 ps (ja que els polsos més curts dipositen energia més ràpidament i concentren l'energia electrònica); sota una amplada de pols de 10 ps amb una freqüència de repetició d'1 kHz, el llindar de dany després de 10 polsos baixa a 0,0598 J/cm² a causa de l'acumulació tèrmica, que és inferior al llindar de pols-únic.
A la figura 4, la configuració experimental aconsegueix un control precís dels paràmetres làser i l'observació-en temps real dels danys mitjançant un mòdul de control d'energia compost per una font làser d'amplada de pols ajustable de 2-15 ps, una placa de mitja-ona i un polaritzador, així com un mòdul de monitorització-en temps real amb un sistema d'imatge de camp fosc; la corba mostra que dins del rang d'amplada de pols de 2-15 ps, el llindar de dany AMG és més baix a 10 ps (valor experimental 0,0705 J/cm², molt consistent amb el valor simulat de 0,076 J/cm²); La subfigura (c) mostra que sota una amplada de pols de 10 ps, a mesura que el nombre de polsos augmenta d'1 a 1000, l'àrea de dany AMG s'expandeix gradualment i les esquitxades de material es fan cada cop més greus, reflectint clarament l'efecte d'acumulació de polsos múltiples.
Conclusió:
Aquest estudi combina teoria (RCWA+TTM) i experiments per aclarir el comportament dels danys de l'AMG sota làsers de picosegundo: RCWA identifica amb precisió les cantonades de les carenes com a àrees vulnerables, TTM simula eficaçment la dinàmica de la xarxa d'electrons-per predir els llindars de dany i els experiments confirmen que 10 ps és el llindar de dany més baix dels llindars de dany sinresístics relaxació d'electrons-fonons, limitació de la difusió tèrmica de gelosia i absorció transitòria). Hi ha un efecte acumulat significatiu sota la irradiació multi-pols d'1 kHz, amb un llindar de dany decreixent i un dany morfològic que empitjora a mesura que augmenta el nombre de polsos. Tot i que TTM no reprodueix completament els valors experimentals absoluts a causa de descuidar els defectes del material, la dinàmica del canvi de fase (com l'evaporació) i els efectes mecànics (com l'estrès tèrmic), encara proporciona un marc analític unificat per a la interacció entre pel·lícules metàl·liques estructurades i làsers ultraràpids. Les troballes són d'orientació important per millorar la durabilitat dels sistemes làser d'alta-potència i components òptics de precisió, dissenyar protecció làser en el processament làser aeroespacial i industrial, i proporcionen proves clau per optimitzar els materials i les estructures de les pel·lícules resistents al làser-.
