论文摘要
激光与物质相互作用一直是令人关注的研究领域。近几十年来，激光技术迅猛发展，现在已经渗透进自然科学的各个领域，加快了科学研究的步伐。而在科学研究过程中发现的各种新现象新内容，又极大地促进了激光技术的发展。激光与物质的相互作用不仅在自然科学领域受到人们的关注，而且在实际中也得到了广泛应用，如激光加工、激光核聚变、激光薄膜沉积以及激光武器等等。砷化镓材料在很多方面都有着优越的特性，如：直接跃迁型能带，有较高的光电转换效率：电子迁移率高，能够制成高速器件；带隙较大，GaAs器件抗辐射能力强；具有转移电子效应，能够制成耿氏器件等新型功能器件等等，这些都使砷化镓材料得到了广泛的应用，砷化镓成为硅之后最重要的半导体材料。因此，需要对砷化镓进行深入的研究，而激光对砷化镓材料损伤的研究是其中的一个重要方面。本文利用常见的532nm连续激光、1064nm脉冲激光对砷化镓材料进行作用，利用比较新颖的光的衍射和干涉方式对材料的损伤过程进行探测，测得材料在连续激光和脉冲激光下的损伤阈值，通过利用电子探针对材料表面损伤形貌的观察和组分分析，定性地讨论了砷化镓的损伤形式。在实验的基础上，利用很常见的热传导方程对损伤阈值进行了解析计算。最后，对飞秒超短脉冲激光作用下，砷化镓材料的损伤机理、损伤形态以及相应的理论解释进行了简要地介绍。具体内容以及创新点如下：1．首次提出利用夫琅和费衍射的方法探测532nm连续激光与两种砷化镓材料的作用过程，准确地测得其损伤阈值。利用电子探针观察材料表面的损伤形貌并进行组分分析，发现高温下砷化镓发生分解氧化，砷原子蒸发，表面剩余金属镓以及镓的氧化物。2．利用很常见的三维热传导方程进行了解析计算，实验及理论计算均表明表面缺陷对材料的损伤阈值有很大的影响。3．首次提出利用基于Mach-Zehnder干涉仪的干涉方法探测1064nm脉冲激光对两种砷化镓材料的损伤过程，测得材料的损伤阈值。4．利用电子探针观察单脉冲以及多脉冲激光作用下，材料表面的损伤形貌，发现材料表面的缺陷对损伤形式和阈值有很大的影响，缺陷较多的材料损伤时发生分解并伴随着材料的去除，缺陷少的材料是发生熔化而损伤。利用一维的热传导方程进行了解析计算。5．对飞秒超短脉冲激光与砷化镓材料的作用机理进行了综述分析，二者的相互作用过程中，伴随着材料表面二次谐波反射信号的下降和表面反射率增强的现象，这是由表层材料的电子态对称性发生变化以及飞秒激光的强电场和超短作用时间导致材料电子系统与晶格系统的不平衡引起的。