连续光纤激光致单晶硅熔融毁伤研究(2)
激光的发展一直离不开对激光与物质相互作用的研究。激光与物质相互作用泛指激光束辐照各种介质材料和结构物所发生的物理、化学、生物等现象的研究领域[3]。激光对材料进行加工时，材料在激光束作用下产生加热、熔融、气化、和烧蚀效应，从而出现激光辐照材料造成一定损伤的问题。
从时域特性来看，激光可以分为连续式和脉冲式。与脉冲激光相比，连续激光属于高能量激光，功率密度较低，与物体的作用时间较长，热累积效应明显，对靶材以热熔融损伤为主[4]。连续激光广泛应用于激光切割、激光焊接、激光打孔、快速成形、表面改性等工业加工领域，且在军事国防领域发挥着重要作用。尤其是近年来，随着被誉为第三代工业加工激光器的光纤激光器的广泛应用及其功率的不断提升，对此类激光与物质的相互作用机理研究也变得尤其迫切。
激光与半导体材料的相互作用机理一直是研究的热点，近年来引起更广泛的关注。近年，作为第三代激光技术的代表，光纤激光尤其是高能量连续波激光被广泛应用于医学，工业和军事领域。此外单晶硅作为微电子和光电子系统中普遍使用的一种结构材料, 一直是人们研究的焦点。作为红外窗口材料，硅被广泛应用于红外成像系统和红外滤光片，且在红外波段有很高的透过率，是光检测器的基础材料[5]。然而，激光与硅材料作用时会对硅材料产生一定的损伤破坏，其对硅材料的破坏使利用激光加工硅材料的技术受到了一定的限制。如果能够很好地利用激光的相关特性，对其作用下对硅材料的变化及其规律有一定
的了解，避免硅材料的损伤，则会使硅材料的加工变得更加高效并且能够最大限度的保护硅材料的物理和化学特性，这将推动电子和激光技术的更好更快发展。
1.2 国内外激光与物质相互作用研究进展
1.3 本课题研究的主要内容
此研究课题是基于激光与物质的相互作用机理，在弹塑性力学理论和经典传热学的基础上建立连续激光致单晶硅熔融毁伤的二文对称模型和利用有限元软件COMSOL模拟连续激光作用于单晶硅过程中的温度场及应力场分布。实验中在保持其他条件不变的情况下，通过改变激光半径大小，观察不同功率密度的光强为高斯分布激光作用单晶硅片表面形貌的变化，并结合温度场与应力场的联系，探讨材料发生熔融时温度场与热应力场的变化规律，以及激光热源中心、单晶硅片前表面、厚度方向应力变化规律。对数值模拟结果和实验结果进行比较，并从理论上对毁伤机理进行解释。
1.4 小结
本章主要说明了针对连续光纤激光致单晶硅熔融毁伤形貌研究的相关背景和研究意义，以及国内外相关课题的研究现状，最后简单介绍了本课题主要的研究内容。