通过底层金膜控制飞秒激光加工中的超快热传输路径

时间:2026年5月27日
来源:Optics & Laser Technology

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钟张|郭宝山|叶满楼|高斌航|史海新|李定义|于志鹏|谭岩|张学强摘要飞秒激光对多层薄膜的加工常常会导致明显的热影响区(HAZ),主要是因为在超快激光辐照下多物理场耦合的热传输机制尚不明确。本研究通过构建“Ni/NiO/Au/石英”异质结构,系统地探讨了底层金膜在调节超快热传输和

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钟张|郭宝山|叶满楼|高斌航|史海新|李定义|于志鹏|谭岩|张学强

摘要

飞秒激光对多层薄膜的加工常常会导致明显的热影响区(HAZ),主要是因为在超快激光辐照下多物理场耦合的热传输机制尚不明确。本研究通过构建“Ni/NiO/Au/石英”异质结构,系统地探讨了底层金膜在调节超快热传输和抑制HAZ中的作用。结合飞秒激光烧蚀实验和泵浦-探测测量,我们证明金膜作为一种高效的热管理介质,通过改变材料的相变路径显著提高了加工质量。具体而言,金膜使烧蚀机制从“涉及液相的热相变”转变为“无液相的直接升华”,从而使HAZ的宽度减少了大约一个数量级。瞬态反射率分析表明,金膜有效延缓了电子温度的初始上升和电子-声子耦合过程。更有趣的是,金膜始终充当“能量耦合器”,降低了不同厚度(50、100和200纳米)Ni/NiO薄膜的烧蚀阈值。这项工作从超快动力学的角度揭示了底层热设计如何重构能量传输和相变路径,为开发低热损伤的超快激光精密加工提供了新的策略。

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