单脉冲和多脉冲飞秒激光辐照下 Ge8As23S69薄膜的激光损伤阈值 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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单脉冲和多脉冲飞秒激光辐照下 Ge8As23S69薄膜的激光损伤阈值
作者: irglass 时间: 2022-12-14 浏览:610 次

       近日,我室研究生李娆(第一作者)和张培晴研究员(通讯作者)在期刊“Ceramics International”发表了题为“Laser damage threshold of Ge8As23S69 films irradiated under single- and multiple-pulse femtosecond laser” 的论文(48,8341-8348,2022)。文章链接: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.040

       近年来,随着集成光子技术的发展,硫系光子学成为光子学研究的热点之一。硫系薄膜可以用来制造集成光子器件来,例如制造大面积光电二极管阵列,太阳能选择性涂层,太阳能电池,光导体和传感器。但是,随着光子器件的发展,对光子器件处理技术的要求也越来越高。传统的加工技术难以跟上光子器件的发展,材料的精密加工技术也面临挑战。目前,硫系玻璃的常用微加工技术有电子束曝光、光学曝光、蚀刻技术、纳米压印光刻技术和激光加工技术。其中,飞秒激光具有优良的三维加工能力和超越衍射极限的加工精度,可以克服其他微纳加工方法的缺点。当飞秒激光与透明材料相互作用时,其超短光脉冲持续时间和超高峰值功率特性能够迅速而准确地影响特定区域的能量,从而获得极高的分辨率和处理精度。飞秒激光加工已广泛应用于制备高精度薄膜光子器件。然而,在制造微结构时飞秒激光对薄膜损伤阈值的研究对微纳周期图案的制备以及对折射率的精确调控非常重要。

       本文对飞秒激光辐照下 Ge8As23S69薄膜的单脉冲和多脉冲激光损伤特性进行了实验研究。此外,还对激光辐照下损伤弹坑的表面形貌进行了系统的研究。采用1-on-1法研究了单脉冲辐射在不同功率下的损伤形貌(如图1a所示),采用 S-on-1法得到了多脉冲辐射的损伤样貌(如图2所示)。用线性回归法计算了不同脉冲数的损伤阈值。结果表明,单脉冲的损伤阈值为232.548 mJ/cm2(如图1b所示)。多脉冲辐射的 LIDT 随着 N 的增加而减小(如图3所示)。当 N < 100时,LIDT 迅速下降。当 N > 100时,LIDT 缓慢下降并导致饱和。考虑到累积效应,多脉冲损伤阈值往往低于单脉冲损伤阈值。

图1 (a) 1-on-1下单脉冲损伤形貌;(b)单脉冲损伤阈值

图2利用s-on-1法(a)280nJ多脉冲损伤形貌;(b)400nJ多脉冲损伤形貌

图3不同激光脉冲数下Ge8As23S69薄膜的损伤阈值曲线。