超快激光无晶化烧蚀非晶合金机理及应用基础

以准确理解超快激光与材料相互作用过程中目前尚不够明晰的热与非热机制及其临界条件和不同参数条件下材料去除机制等复杂物理问题、揭示超快激光与非晶合金相互作用过程的物理图象、探索非晶合金的无晶化微纳烧蚀新技术为目的，研究采用飞秒激光烧蚀块体非晶合金，结合改进的双温模型，以分子动力学模拟方法数值模拟与理论分析飞秒激光烧蚀非晶合金的物理过程，并实验研究相关激光参数与实验条件对飞秒激光烧蚀非晶合金的表面形貌、相变过程与烧蚀表面质量及效率的影响，深入探求飞秒激光烧蚀非金合金的物理机制，实现飞秒激光对非晶合金的无晶化高效精密微纳烧蚀。项目的开展，对更深入理解超快激光烧蚀材料的物理机制，获得更清晰的物理图像有重要的科学意义；发展的飞秒激光无晶化微纳加工非晶合金的新技术新工艺在微机电系统（MEMS）、纳米压印技术及亚波长金属表面微纳结构制备等领域有极大的应用前景。

块体非晶合金由于其独特的机械、磁学性能，是几十年材料学研究领域的一个热点；镍钛形状记忆合金具有出色的形状记忆效应和超弹性效应也倍受人们关注。超快激光金属微纳加工以其极小的热影响区、极高的加工分辨率等显著优势，在微细加工方面占据着越来越重要的地位。. 在本项目研究中，采用结合双温模型的分子动力学方法，数值模拟了不同参数激光与铜锆非晶合金和镍钛形状记忆合金相互作用，得到不同能量密度下，温度压力等物理量的变化以及使出过程的原子位置变化图像，较清晰的呈现了靶材的去除过程，这对超快激光微纳加工非晶合金和镍钛形状记忆合金的广泛应用都有着重要作用，同时也为相关的研究提供了模型和理论依据。. 对于超快激光制备微纳结构的光学电磁性能研究方面，利用三维时域有限差分方法，研究了飞秒激光与石英基底上金属表面微纳结构的相互作用，揭示其相互作用过程中内在的物理机制。分别探究了：(a)金属狭缝填充非线性材料的光分束特性；(b)入射光源的偏振特性对孔阵列结构光传输特性的影响；(c)太极形孔、鱼形孔阵列结构对其增强光透射特性的影响；(d)单元结构对称性对其增强光透射特性的影响。结果表明：光分束特性依赖于金属狭缝的单元结构特征；(b)入射光与金属薄膜孔阵列结构相互作用中，入射光源的偏振特性对金属薄膜孔阵列结构的传输特性与孔阵列结构的排布有关；光学滤波特性依赖于孔阵列的单元结构特征；增强光透射特性对单元结构特征有很强的依赖性。研究证实通过改变单元结构特征，可以调控金属表面微纳结构的光学特性，进一步揭示其内在的物理机制，为构筑新型表面等离子体光学器件的原型提供了很好的指导意义。