不同流量飞秒激光脉冲烧蚀高定向热解石墨的超快动态过程的研究

【作者】 张楠； 杨景辉； 朱晓农；

【机构】 南开大学现代光学研究所,教育部光电信息技术科学重点实验室；

【摘要】 研究不同流量的飞秒激光脉冲烧蚀高定向热解石墨的超快动态过程,对选取合适的激光流量窗口,从而制备纳米碳材料有重要的指导作用。本文利用泵浦-探测技术记录了20~0.3J/cm2不同流量下的50 fs激光脉冲烧蚀高定向热解石墨在0-9 ns时间延迟窗口内的时间分辨阴影图,研究了高定向热解石墨在烧蚀过程初期的超快动态过程随激光流量的变化规律,并且通过与铝靶的时间分辨阴影图进行对比,分析了靶材性质对烧蚀过程的影响。实验发现,随着入射到石墨表面的激光流量的下降,不仅冲击波内部石墨烧蚀喷出物的总量增加而且喷射颗粒尺寸增大。我们认为烧蚀机制从原子化(atomization)到光机械机制的转变,是导致喷射过程发生变化的主要原因。当激光流量下降到~0.3 J/cm2时,由于此时的激光流量已经接近烧蚀阈值,高定向热解石墨的烧蚀过程明显减弱。实验中还发现,当激光流量在20~2J/cm2范围内时,在烧蚀产生的冲击波内部,石墨靶的烧蚀喷射物要明显少于铝靶的烧蚀喷射物。这可以归因于石墨的吸收系数明显小于铝靶的吸收系数。石墨对光的吸收更接近体吸收,而铝靶吸收的激光能量主要集中在靶表面的薄层内,能量密度更大,因此,在0-9 ns的时间窗口内铝靶喷射更加剧烈。更多还原