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飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

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马维刚, 王海东, 张兴, 王玮. 2011: 飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究, 物理学报, 60(6): 421-427.
引用本文: 马维刚, 王海东, 张兴, 王玮. 2011: 飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究, 物理学报, 60(6): 421-427.
shu
Ma Wei-Gang, Wang Hai-Dong, Zhang Xing, Wang Wei. 2011: Theoretical and experimental study of femtosecond pulse laser heating on thin metal film, Acta Physica Sinica, 60(6): 421-427.
Citation: Ma Wei-Gang, Wang Hai-Dong, Zhang Xing, Wang Wei. 2011: Theoretical and experimental study of femtosecond pulse laser heating on thin metal film, Acta Physica Sinica, 60(6): 421-427.
shu

飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

  • 清华大学工程力学系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084

  • 北京大学微电子学研究院,北京100871;微米纳米加工技术国家级重点实验室,北京100871

Theoretical and experimental study of femtosecond pulse laser heating on thin metal film

  • 摘要: 超短脉冲激光加热可应用于研究材料中载能子之间的超快相互作用,同时也广泛应用于超快激光加工.此前人们提出的双温度模型和抛物一步模型都只能用于描述超短脉冲激光加热金属薄膜后热量传递过程的特定片段.基于双温度模型和傅里叶导热定律,提出普适的理论模型可用于完整描述飞秒激光加热金属薄膜/基底时的整个热量传递过程.同时在300 K温度下,采用背面抽运-表面探测瞬态热反射法实验研究了飞秒脉冲激光加热金属薄膜的热量传递过程,理论预测曲线和实验测量结果符合较好,验证了理论模型的正确性.基于此模型测量得到了金薄膜的电子-声子耦合系数和金/玻璃,金/碳化硅间的界面热导,测量结果和文献报道值符合较好.其中电子-声子耦合系数和体材料值接近,没有表现出明显的尺寸效应.界面热导比散射失配模型的预测值大,可能是电子参与界面导热、界面原子扩散及声子在界面的非弹性散射等造成的.
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出版历程
  • 刊出日期:  2011-06-30

飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

  • 清华大学工程力学系,热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084
  • 北京大学微电子学研究院,北京100871;微米纳米加工技术国家级重点实验室,北京100871

摘要: 超短脉冲激光加热可应用于研究材料中载能子之间的超快相互作用,同时也广泛应用于超快激光加工.此前人们提出的双温度模型和抛物一步模型都只能用于描述超短脉冲激光加热金属薄膜后热量传递过程的特定片段.基于双温度模型和傅里叶导热定律,提出普适的理论模型可用于完整描述飞秒激光加热金属薄膜/基底时的整个热量传递过程.同时在300 K温度下,采用背面抽运-表面探测瞬态热反射法实验研究了飞秒脉冲激光加热金属薄膜的热量传递过程,理论预测曲线和实验测量结果符合较好,验证了理论模型的正确性.基于此模型测量得到了金薄膜的电子-声子耦合系数和金/玻璃,金/碳化硅间的界面热导,测量结果和文献报道值符合较好.其中电子-声子耦合系数和体材料值接近,没有表现出明显的尺寸效应.界面热导比散射失配模型的预测值大,可能是电子参与界面导热、界面原子扩散及声子在界面的非弹性散射等造成的.

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