多晶硅的高重频皮秒脉冲激光损伤研究
5.2_W_高重频257_nm_深紫外皮秒激光器
文章编号 2097-1842（2023）06-1318-065.2 W 高重频257 nm 深紫外皮秒激光器范灏然1，陈 曦1 *，郑 磊1，谢文侠1，季 鑫1，郑 权1,2（1. 长春新产业光电技术有限公司, 吉林 长春 130012；2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033）摘要：为了提高半导体检测用深紫外激光器的检测效率，需要搭建高功率、高重频257 nm 深紫外皮秒激光器实验平台。
本文以光子晶体光纤放大器和腔外四倍频结构为基础，进行了257 nm 深紫外激光器的实验研究。
种子源采用中心波长为1 030 nm 、脉冲宽度为50 ps 的光纤激光器，输出功率为20 mW ，重复频率为19.8 MHz 。
通过两级掺镱双包层（65 μm/275 μm ）光子晶体光纤棒放大结构，获得了1 030 nm 高功率基频光。
利用二倍频晶体LBO 、四倍频晶体BBO ，采用腔外倍频方式获得了257 nm 深紫外激光。
种子源通过两级光子晶体光纤放大器输出的1 030 nm 基频光，输出功率为86 W ，经过激光聚焦系统后，倍频得到二次谐波515 nm 激光输出功率为47.5 W ，四次谐波257 nm 深紫外激光输出功率为5.2 W ，四次谐波转换效率为6.05%。
实验结果表明，该结构可获得高功率257 nm 深紫外激光输出，为提高半导体检测用激光器的检测效率提供了新思路。
关 键 词：深紫外皮秒激光器；高重频；光子晶体光纤放大器；四次谐波产生中图分类号：TP394.1;TH691.9 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0026High repetition frequency 257 nm deep ultraviolet picosecondlaser with 5.2 W output powerFAN Hao-ran 1，CHEN Xi 1 *，ZHENG Lei 1，XIE Wen-xia 1，JI Xin 1，ZHENG Quan 1,2（1. Changchun New Industries Optoelectronics Technology Co., Ltd , Changchun 130012, China ；2. Changchun Institute of Optics , Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences , Changchun 130033, China ）* Corresponding author ，E-mail : *******************Abstract : To improve the detection efficiency of deep ultraviolet laser for semiconductor detection, it is necessary to develop 257 nm deep ultraviolet picosecond laser with high power and high repetition frequency. In this study, a 257 nm deep ultraviolet laser was experimentally investigated based on photonic fiber amplifier and extra-cavity frequency quadrupling. The seed source uses a fiber laser with a central wavelength of 1 030 nm and a pulse width of 50 ps, delivering a power output of 20 mW and a repetition frequency of 19.8 MHz. High power 1 030 nm fundamental frequency light was obtained through a two-stage ytterbium-doped double cladding (65 μm/275 μm) photonic crystal fiber rod amplification structure, and收稿日期：2023-02-11；修订日期：2023-03-13基金项目：长春市科技发展计划重点研发专项（No. 21ZGG15）Supported by the Key R & D Projects of Changchun Science and Technology Development Plan (No.21ZGG15)第 16 卷 第 6 期中国光学（中英文）Vol. 16 No. 62023年11月Chinese OpticsNov. 2023257 nm deep ultraviolet laser was generated using double frequency crystal LBO and quadruple frequency crystal BBO. The seed source uses a two-stage photonic crystal fiber amplifier to get a 1 030 nm laser with output power of 86 W. After the laser focusing system and frequency doubling, a second harmonic output power of 47.5 W at 515 nm and a fourth harmonic output power of 5.2 W at 257 nm were obtained.The fourth harmonic conversion efficiency was 6.05%. The experimental results show that this structure can ob-tain high power 257 nm deep ultraviolet laser output, providing a novel approach to improve the detection ef-ficiency of the lasers for semiconductor detection.Key words: deep ultraviolet picosecond laser；high repetition frequency；photonic crystal fiber amplifier；fourth harmonic generation1 引 言高重频深紫外皮秒激光器，因具有分辨率高、加工速率快、热损伤低等特性，被广泛应用于半导体检测、光刻以及精密材料加工等工业领域[1-6]。
高损伤阈值高重复频率DPL激光薄膜研究的开题报告
高损伤阈值高重复频率DPL激光薄膜研究的开题报告一、研究背景和意义激光薄膜技术是目前应用极为广泛的一种光学薄膜制备技术，该技术的主要应用领域包括激光器、光电子设备、光通信等。
随着激光技术的不断发展和应用领域的拓宽，对激光薄膜技术的要求也越来越高。
其中，高损伤阈值和高重复频率是目前激光薄膜技术发展的两个关键性能。
激光薄膜的高损伤阈值是指在激光脉冲作用下，薄膜能够承受的最大激光能量密度。
而高重复频率是指激光脉冲的重复频率，即单位时间内激光脉冲的次数。
这两个性能的提高，可使激光薄膜更好地适应高能量、高功率、高重复频率等激光器应用的要求。
目前，高损伤阈值和高重复频率的激光薄膜技术研究已成为国内外研究人员的热点。
在此背景下，本论文将对高损伤阈值和高重复频率的DPL（Double Pulse Laser）激光薄膜进行深入研究，旨在提高激光薄膜材料的损伤阈值和耐疲劳性能。
二、研究内容和方法（一）研究内容1.选择几种常用的激光薄膜材料（如SiO2、TiO2、Al2O3等），制备出DPL激光薄膜。
2.利用双脉冲激光法，对不同材料的DPL激光薄膜进行损伤阈值测试，研究不同参数下DPL激光薄膜的损伤阈值。
3.通过疲劳测试，评估不同材料DPL激光薄膜的耐疲劳性能。
（二）研究方法1.采用薄膜制备技术，制备出几种常用的激光薄膜材料。
2.利用双脉冲激光法，对不同材料的DPL激光薄膜进行损伤阈值测试。
通过调节双脉冲激光的时间间隔、光强等参数，让后一脉冲部分消耗前一脉冲部分的非线性效应，实现损伤阈值的提高。
3.针对不同材料的DPL激光薄膜，设计不同频率的载荷实施疲劳测试，评估其耐疲劳性能。
三、预期成果和意义本论文主要研究DPL激光薄膜的高损伤阈值和高重复频率性能。
通过实验和测试，预期达到以下成果：1.选择几种常用的激光薄膜材料，制备出DPL激光薄膜。
2.利用双脉冲激光法，研究不同参数下DPL激光薄膜的损伤阈值。
通过调节双脉冲激光的时间间隔、光强等参数实现损伤阈值的提高。
飞秒脉冲激光对硅基多层膜损伤特性
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇｓｅｎｓｏｒ′ｓ ｆｉｌｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｄａｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｉｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍｓｉｒｒａｄｉａｔｅｄｂｙａｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅｄｌａ ｓｅｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｆｌｕｅｎｃｅｒａｎｇｅｓａｎｄｔｈｒｅｓｈｏｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｖａｒｉｏｕｓ ｄａｍａｇｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄ．ＳｉｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍｓｔｈａｔｗｅｒｅｓｉｍｉｌａｒｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＣＤｗｅｒｅｐｒｅ ｐａｒｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｆｉｌｍｓｉｒｒａｄｉａｔｅｄｂｙａｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅｄｌａｓｅｒｗｉｔｈｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ８００ｎｍ ａｎｄｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｏｆ１００ｆｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｕｌｓｅｆｌｕｅｎｃｅｓａｎｄｎｕｍｂｅｒｓ ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇａｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌａｓｅｒａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ ｓｉｚｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｌｉｎｅａｒｌｙｗｉｔｈｐｕｌｓｅｆｌｕｅｎｃｅｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ１０１ｔｏ２４７Ｊ／ｃｍ２．Ｓｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｏｘｉ ｄａｔｉｏｎ／ａｍｏｒｐｈｉｚａｔｉｏｎ，ｎｏｎｔｈｅｒｍａｌａｂｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａａｂｌａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｌａｓｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄｚｏｎｅ，ｗｈｉｃｈｔｉｇｈｔｌｙｄｅｐｅｎｄｅｄｏｎｔｈｅｐｕｌｓｅｆｌｕｅｎｃｅ．Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｄａｍａｇｅｃｏｕｌｄｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄｔｈｅ ｄａｍａｇｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ１％ ｔｏ５１％ ｉｎｔｈｅｐｕｌｓｅｆｌｕｅｎｃｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ２４２ｔｏ２４７Ｊ／ｃｍ２．Ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙｓｅｑｕｅｎｔｐｕｌｓｅｓａｔａｆｌｕｅｎｃｅｏｆ１０１Ｊ／ｃｍ２，ｔｈｅｌａｓｅｒａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅｒｅｍａｉｎｅｄａｌｍｏｓｔｕｎｃｈａｎｇｅｄａｎｄｔｈｅａｂ ｌａｔｅｄｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｕｌｓｅｎｕｍｂｅｒ．Ｆｒｏｍｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｕｌｓｅｄａｍａｇｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ，ｔｈｅｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄｓｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｔｏｂｅ０５４３Ｊ／ｃｍ２ ａｎｄｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｓｔｒｅｓｓｄａｍａｇｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｗａｓｌｉｎｅａｒｌｙｆｉｔｔｅｄｔｏｂｅ２１６Ｊ／ｃｍ２．Ｓｅｑｕｅｎｔｐｕｌｓｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｌｏｗｆｌｕｅｎｃｅ（≤ １０１Ｊ／ｃｍ２）ａｌｓｏｃｏｕｌｄｌｅａｄｔｏｄｅｅｐｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒｄａｍａｇｅ；Ｓｉｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍ；ｄａｍａｇｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄ
200 Hz高重复频率SBS脉宽压缩实验研究
第 １１卷 第 ５期 ２０１８年 １０月
中国光学 ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．１１ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２０１８
文章编号 ２０９５１５３１（２０１８）０５０７３６０９
２００Ｈｚ高重复频率 ＳＢＳ脉宽压缩实验研究
康治军１，２，张鸿博１，闫晓超３，郎 野４，白振岙１，樊仲维１，２
第 ５期
康治军，等：２００Ｈｚ高重复频率 ＳＢＳ脉宽压缩实验研究
10.6μm脉冲激光对多晶硅探测器干扰损伤实验
10.6μm脉冲激光对多晶硅探测器干扰损伤实验王东;王非;白冰;张恒伟;张雷【摘要】用10.6 μm脉冲CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的干扰、损伤阈值;分析了不同干扰能量的干扰效果,研究了干扰损伤机理,依据受干扰程度对干扰等级进行了划分;通过干扰激光能量与干扰光斑面积的关系,重度饱和后探测器随时间恢复情况,探讨了各干扰等级下10.6.μm脉冲激光对红外成像系统的干扰效果.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)009【总页数】4页(P1084-1087)【关键词】多晶硅探测器;脉冲C02激光;饱和阈值;损伤阈值;干扰等级【作者】王东;王非;白冰;张恒伟;张雷【作者单位】中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003;光电对抗测试评估技术重点实验室,河南洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003;光电对抗测试评估技术重点实验室,河南洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003;光电对抗测试评估技术重点实验室,河南洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003;光电对抗测试评估技术重点实验室,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TN249红外探测器是热成像系统的核心部件,热成像系统的发展几乎是伴随着探测器的发展而发展的。
随着光电探测技术的飞速发展,各种热成像系统层出不穷,极大拓展了人眼视觉范围,广泛应用在侦察预警、卫星遥感、成像观瞄、精确制导等领域。
各国均高度重视红外探测技术,极大提升了红外观瞄装备信息获取能力及抗干扰能力。
另一方面,作为为弱光电信号探测器,红外探测器在受强激光干扰条件下极易出现饱和致盲,甚至损伤无法正常工作。
因此,研究激光干扰红外探测器具有十分重要的意义[1-3]。
近年来,有关激光对长波红外探测器干扰的研究已有不少报道[4-7]。
毫秒脉冲激光损伤CCD探测器的实验研究
毫秒脉冲激光损伤CCD探测器的实验研究赵洋;金光勇;李明欣;张巍;王頔【摘要】In order to study damage effect of interline-transfer color CCD under millisecond pulsed laser irradiation, theoretical analysis and experimental study were carried out.The center temperature, damage area and depth on the CCD surface, the internal reset clock signal and impedance value of the CCD were measured under the action of laser beam with different energy bined with non-recoverable focal spot and black-white snowflake phenomena in the CCD output images, the damage effect of color plane array CCD irradiated by millisecond pulse laser was analyzed.The results show that the internal structure of the interline transfer color array CCD is damaged to different extents under the irradiation of millisecond pulsed laser.The ablation depth is direct to the basement layer with laser power intensity of 23.49J/cm2 so that the internal signal transmission channel of CCD is cut off and the leakage current is increased, and then, there is no signal output from the CCD, and the CCD is completely damaged.The study is helpful to study the damage effect of CCD detectors under intense laser.%为了研究行间转移型彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光辐照下的损伤效果,采用实验研究的方法,测量了不同能量密度的激光作用下,CCD表面中心点温度、受损区域面积、深度及CCD内部复位时钟信号和阻抗值的变化,结合CCD输出图像中出现不可恢复的焦斑及黑白雪花现象,对彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光作用下的损伤效果进行了分析.结果表明,在毫秒脉冲激光的辐照作用下,行间转移型彩色面阵CCD内部结构会产生不同程度的烧蚀,当能量密度达到23.49J/cm2时,烧蚀深度直达基底层,致使CCD内部信号传输通道断开,漏电流增加,最终造成CCD无信号输出,完全损坏.该研究对CCD探测器在强激光作用下的损伤效果研究是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)005【总页数】5页(P632-636)【关键词】激光物理;形貌损伤;热应力;CCD;毫秒脉冲激光【作者】赵洋;金光勇;李明欣;张巍;王頔【作者单位】长春理工大学理学院光学系,长春 130022;长春理工大学理学院光学系,长春 130022;长春理工大学理学院光学系,长春 130022;长春理工大学理学院光学系,长春 130022;长春理工大学理学院光学系,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】O414.1;TN386.5电荷耦合器件(charge-coupled devices,CCD)以其体积小、重量轻、灵敏度高等优点，在摄像、探测、勘察等领域得到广泛的应用。
纳秒级强激光对多晶硅片光吸收性能的影响
纳秒级强激光对多晶硅片光吸收性能的影响许德富;尹少全;邓迟;肖志刚;肖啸;李育德【摘要】采用兆瓦级TEA CO2激光器输出的纳秒级强红外激光脉冲照射太阳能多晶硅片,用红外光谱仪测试了硅片的吸收谱,发现经激光脉冲照射后的太阳能多晶硅片对光的吸收能力大为增强,并对实验结果做出了初步的分析.%In thispaper,polycrystalline silicon wafers for soalr cell are irradiated by high power infrared laser pulse which is produced by TEA CO2 laser. The pulse duration is shorter than a microsecond,so it is named ns laser pulse. Then we use infrared spectrograph to get the absorption spectrum of the silicon wafers irradiated by ns infrared laser pulse and find that its absorbency is greatly increased. The experimental results are explained with theory at last.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)009【总页数】4页(P979-982)【关键词】红外激光脉冲;太阳能多晶硅片;吸收性能;实验研究【作者】许德富;尹少全;邓迟;肖志刚;肖啸;李育德【作者单位】乐山师范学院硅材料研究所,四川乐山614004;乐山师范学院硅材料研究所,四川乐山614004;乐山师范学院硅材料研究所,四川乐山614004;乐山师范学院硅材料研究所,四川乐山614004;乐山师范学院硅材料研究所,四川乐山614004;四川大学电子信息学院,四川成都610064【正文语种】中文【中图分类】TN248.2+2;TN249太阳能光伏发电作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭，无污染，正得到迅速的推广应用，20世纪90年代末期以来，更是以每年30％以上的速度增长［1］。
脉冲强激光辐照半导体材料损伤效应的解析研究
第２０卷蕈１簸２０００年３月竞电子技表ＯＰＴＯｇ！．ＥＣＴＲＯＮｌＣＴＥＣＨＮＯＩ。
ＯＧＹ脉冲强激光辐照半导体材料损伤效应的解析研究强希文剜蜂张建泉（西北核技术研究所，西安．７１００２４）１９９９年９月６日收到Ｖ０１．２０Ｎｏ．１Ｍａｆ．２０００摘要辑囊了强鼗竞辐燕串导体麓辩ＩｎＳｂ薅魏热箍运、骞蜜载流予耱遣孝光子输运过程，镰讨了激光对半导体材料薛攘傍机理。
为半导体材料曲辐射效瘟和抗辐射加固技术提供７一个理论证据。
关建词强激光半导体材料辐照效成损伤机理引言当一束脉冲激光辐照半导体材料甜，由于靶材吸收激光的能摄而被加热，导致一个在靶耪蠹努枣嚣不坶匀粒瀑凄场，姨两嫒拳导律耪辩的光学、热学和力学控覆发生显著变纯。
当激巍姥率达一定毽藏辐照时间足够妖畦，靶材蘸会盎蕊走学击穿、熬应力玻蒋秘熔融破嚣。
一般说来，光学击穿和热应力破坏阐值较低，所以，熔融破坏阈值威当是破坏阅使的上限。
一旦出现熔融破坏，便套使得探测器皴盲。
造成永久性破坏。
因此，研究连续波激光辐照探测器材辩产生的各种破螺毅应，就成为激光武器、激光加工和激光防护及如固技术中的重要课题。
ｌ。
ａｘ．ＭＥｌ．ｚ３在考虑热传导系数随温度变化的条件下，用解析方法研究了半导体硅的稳态遇火热输运过程。
Ｍｅｙｅｒ口１“研究ｒ短脉冲激光辅照下，半导体材料的表面效应。
Ｙｏｆｆａ““。
较为系统地研究了半导体硅加热道程，指出载流予扩散在能量输运中具有薰嚣的作用。
Ｋｉｍ””臻究了强激光辐照半导淬醚攘熬过程孛，菲线牲热羲运中载流子酌扩散效疵。
李彦文等踟在Ｍｅｙｅｒ模獭的基础上，忽略载流子效应，掰数值｛于算方法给出ＩｎＳｂ耪瓣的熔纯闽值与激光波长的定标关系。
蒋志平辞－…研究了激光辐照ＩｎＳｂ探测器的温升过程，然而没有考虑树料光学、热学性质的温度关系及热输运的非线性效应。
本文在戳蘸磅究的基础上，求瓣了半导体在激光辐照下温度帮过剩载流子密度鼬耦台强希文男．ｆ９ｆｉ７颦生，四川大学毕业，学士，助理研究鼎。
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多晶硅的高重频皮秒脉冲激光损伤研究
文章进行了高重频皮秒激光辐照多晶硅的损伤实验研究，分析了多晶硅材料激光辐照区域的损伤形貌，探究了多晶硅的多脉冲损伤损伤机制。
实验结果表明：多晶硅的损伤形貌主要分为热熔区、热影响区及激光无作用区三个区域。
多晶硅的多脉冲损伤机制主要是热积累和微缺陷积累。
标签：多晶硅；高重频脉冲；激光损伤；损伤机理
1 概述
多晶硅作为光电探测器的主要材料，也是当今硅太阳能电池的重要组成部分。
采用激光技术来制备太阳能电池，有提高效率、降低成本和减少电池生产中的污染等优点，是目前太阳能电池研究和开发的热点[1]。
随着大功率激光器的发展，在强激光作用下太阳能电池损伤效应成为研究的热点问题[2]。
激光具有单色性好、方向性好、亮度高、相干性好等优点，自从上世纪六十年代第一台激光器研制成功，激光以其优异的特性被广泛应用到工业、生物医疗、军事对抗等众多领域，且激光的应用都涉及到激光与物质相互作用问题。
所以，研究高重复频率脉冲激光辐照多晶硅材料的损伤机理，对于探寻激光与物质的相互作用机理和优化多晶硅元件的抗激光损伤特性都具有重要的理论和实际意义[3]。
多脉冲激光辐照材料时，材料的低烧蚀阈值可能在低脉冲能量高重频激光加工中应用，以提高加工效率。
2 半导体材料的单脉冲激光损伤机理分析
国内外关于半导体材料的单脉冲激光损伤机理进行大量的研究。
1986年El-Adawi M K等研究了激光辐照半导体材料的加热机理[4]。
1997年倪晓武等进行了强激光对半导体材料的破坏研究[5]。
1999年，沈中华等对皮秒和纳秒脉冲激光作用于半导体材料的加热机理进行了研究[6]。
他们在2001年还对半导体材料硅的单脉冲和多脉冲激光损伤现象进行分析研究[7]。
半导体材料对于激光有效的吸收机制主要有：本征吸收、激子吸收、自由载流子吸收和杂质吸收等。
本征吸收是半导体材料的主要吸收机制，即价带电子吸收光子能量跃迁到导带，从而产生空穴-电子对。
激子能级位于接近导带底的禁带中，它的电离能很小，在常温下激子的吸收是很弱的，所以不考虑。
激光可以激发产生大量的过剩载流子，因此自由载流子吸收也是半导体材料在与激光相互作用时主要的吸收机制。
杂质吸收吸收与电离的杂质数目成正比，只有在重掺杂的情况下，才考虑杂志吸收。
半导体材料在被单脉冲激光辐照时，其主要的损伤机制有热熔破坏、热致应力损伤、雪崩电离击穿破坏、多光子吸收电离破坏和自聚焦破坏等。
3 实验
3.1 实验装置
实验装置如图1所示。
型号为BR-PLM-1000的重频可调的皮秒脉冲经过衰减片组合后，被分光镜分为两束。
85%的激光经过聚焦透镜后垂直作用到多晶硅表面。
2%的激光经分光镜反射后被激光功率计探头实时收集，从而可以对辐照过程中的激光功率进行实时监测。
实验中所用的多晶硅片尺寸为：20mm×20mm×0.20mm，实验前将多晶硅片在丙酮和乙醇中清洗。
实验过程中通过调整衰减倍率和改变激光电流来控制激光功率值，多晶硅表面损伤形貌由电子扫描显微镜观测得到。
3.2 实验结果
图2为激光重频为1kHz，激光辐照时间为10s，激光峰值功率密度为2.74*1010W/cm2时，多晶硅表面的损伤形貌。
（a），（b）分别为显微倍率为200x，2000x时，多晶硅被激光辐照区域SEM图。
从图2（a）可以看到，多晶硅表面激光辐照区域可以分为三个区域。
激光光束中心辐照区域颜色较深，该区域称为热熔区。
从（b）可以看到该区域形成一个完全将多晶硅击穿的损伤坑，这是由于高斯光束光斑中心超高能量使材料发生了严重程度融化，还可以看到损伤坑边缘发黑，这是由于激光的热作用使材料发生了氧化反应。
热熔区外围白色区域即为热影响区。
热影响区域的形成可以解释为激光中心吸收激光能量导致其表面温度迅速升高，材料内部晶格的热传递使该区域发生了轻微氧化反应。
热影响区的外围是激光无影响区，该区域内存在一些沉积物，这是激光与多晶硅作用过程中光束中心辐照部分融化物质向外喷溅造成的。
3.3 损伤机理分析
高重频皮秒脉冲激光损伤实际上是一个多脉冲损伤过程。
虽然单脉冲能量较低，甚至远低于材料的蒸发阈值，但由于激光辐照过程中的脉冲积累使材料发生了损伤。
多脉冲的主要的损伤机制有热积累和脉冲积累。
当脉冲重复频率不变时，热积累是较低损伤阈值的原因被广泛接受。
高重频激光具有较短的脉冲间隔，第一个脉冲作用材料后，材料吸收激光能量使其表面温度升高，源源不断的后续激光脉冲辐照多晶硅后，使多晶硅表面温度逐渐升高，最后使材料发生熔融烧蚀。
微缺陷积累是另一种主要的损伤机制。
多晶硅材料在制备与加工的过程中，存在大量的微观缺陷，这些缺陷具有比多晶硅本征吸收大的多的吸收率。
因此对于高重频激光损伤而言，虽然单个脉冲的激光能量较小，不能使材料发生宏观损伤，但可能引起材料内微观缺陷的爆炸和发展，每次微观缺陷的爆炸和发展，将增加材料对后续激光能量的吸收，最终微缺陷的积累导致材料发生宏观损伤。
4 结束语
文章对高重频皮秒脉冲辐照多晶硅的损伤进行了实验研究。
高重频辐照多晶硅材料时，材料表面损伤形貌主要分为热熔区、热影响区和无激光作用区三个区域。
多晶硅的多脉冲损伤机制主要有热积累和微缺陷积累。
参考文献
[1]张陆成，王学孟，沈辉.激光热效应在高效太阳电池工艺中的应用[J].激光与光电子学进展，2009，46（5）：41-46.
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*通讯作者：辛敏思。