激光微納制造新方法和尺度極限基礎(chǔ)研究

1、項(xiàng)目名稱：激光微納制造新方法和尺度極限基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：姜瀾 北京理工大學(xué)起止年限：2011.11-2016.8依托部門：信息產(chǎn)業(yè)部一、研究?jī)?nèi)容2.1 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題重點(diǎn)是超高強(qiáng)度（> 1012W/cm2）、超短脈沖（<10-11s）激光微納加工的功能原理：激光與材料相互作用的物理和化學(xué)效應(yīng)，質(zhì)量遷移和性能演變機(jī)制與規(guī)律，作用時(shí)間和空間的演化過程。描述超快激光納米加工過程中的量子效應(yīng)、尺度效應(yīng)。激光微納制造的功能原理和尺度極限及其應(yīng)用的共性基礎(chǔ)科學(xué)問題包括：科學(xué)問題1. 激光能量的吸收、轉(zhuǎn)換、傳遞與掌控機(jī)制其核心是如何建立超快激光與物質(zhì)相互作用的多尺度量子模型：a) 研究束

2、能吸收機(jī)理，包括電子加熱、帶間躍遷、光致電離（多光子電離、隧道電離）、碰撞電離等及其對(duì)加工過程的影響。 b) 研究材料的物理/化學(xué)變化，包括變化機(jī)制及質(zhì)量遷移，固態(tài)相變、熔化、蒸發(fā)、氣化、相爆炸、臨界點(diǎn)相分離、庫侖爆炸、靜電燒蝕、凝固、化合、分解、置換、復(fù)分解等；材料高精度去除、生長(zhǎng)、成形、改性等的物理、化學(xué)過程及機(jī)理；電子、晶格、團(tuán)簇的定域能量、傳遞、物質(zhì)輸運(yùn)過程與機(jī)理。涉及光子-電子-聲子-等離子相互作用的基礎(chǔ)科學(xué)問題。科學(xué)問題2. 脈沖序列設(shè)計(jì)控制外層電子激發(fā)/電離過程由于飛秒激光脈沖寬度比許多物理/化學(xué)特征時(shí)間（如電子和晶格的熱平衡時(shí)間、甚至電子弛豫時(shí)間）更短，可以通過超快脈沖序列設(shè)計(jì)

3、來控制/改變被加工材料電子吸收激光光子的過程（選擇性激發(fā)/電離）。實(shí)現(xiàn)基于外層電子狀態(tài)控制而改變瞬時(shí)局部特性和相變過程的高質(zhì)量高精度高效率制造新方法。科學(xué)問題3.基于共振吸收的選擇性高效率制造新原理基于分子轉(zhuǎn)動(dòng)、分子振動(dòng)、電子激發(fā)、電子電離等多能帶/能級(jí)耦合的協(xié)調(diào)共振激發(fā)，形成新的制造原理，同時(shí)結(jié)合脈沖序列調(diào)節(jié)技術(shù)并利用電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡和光鑷等實(shí)現(xiàn)單原子至微米跨尺度制造。通過共振吸收提高加工效率。利用OPA選擇單束激光脈沖的光子能量使之與電子躍遷的某一能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)共振吸收。這些嘗試涉及制造、光學(xué)、物理、材料等多學(xué)科的前沿科學(xué)問題。2.2主要研究?jī)?nèi)容2.2.1激光制造的多維性特

4、征及其與材料的相互作用機(jī)理（1）激光吸收機(jī)理：光子-電子相互作用 引入量子力學(xué)理論，綜合考慮自由電子加熱、束縛電子激發(fā)、碰撞電離、光致電離（多光子電離、隧道電離）等多種激光吸收機(jī)理，研究不同吸收機(jī)理對(duì)被加工材料的電離過程以及瞬態(tài)熱力學(xué)和光學(xué)特性的影響，探索超快激光束能吸收過程對(duì)微納制造精度的影響。（2）激光誘導(dǎo)相變機(jī)理：電子-離子相互作用通過量子分子動(dòng)力學(xué)和改進(jìn)分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，考慮熔化、相爆炸、臨界點(diǎn)相分離、氣化、庫侖爆炸、靜電燒蝕等多種相變機(jī)理，通過考察被加工材料熔化及碎裂的動(dòng)態(tài)過程以及相應(yīng)瞬態(tài)熱力學(xué)特性的演化規(guī)律，揭示材料相變的微觀機(jī)理和初始等離子體團(tuán)形成的規(guī)律。（3）超快激光微納制

5、造的多尺度量子模型基于激光吸收和相變模型，建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型；應(yīng)用泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)模型預(yù)測(cè)反射率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及調(diào)控。（4）制造新方法的理論基礎(chǔ)基于理論與實(shí)驗(yàn)手段，研究超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)調(diào)控電子狀態(tài)的微觀物理機(jī)制，揭示脈沖序列設(shè)計(jì)提高激光微納制造加工精度等的微觀機(jī)理，基于理論模型，研究不同特性的激光束多場(chǎng)能量耦合分布規(guī)律，及其與材料間的相互作用機(jī)制。2.2.2. 基于脈沖序列設(shè)計(jì)和外層電子狀態(tài)控制的激光制造在制造新方法方面，通過超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)控制/改變/調(diào)節(jié)電子激發(fā)/電離過程等瞬時(shí)局部電子狀態(tài)，進(jìn)而改變瞬時(shí)局部特性和相變過程的制造新方法。由于飛秒

6、脈沖短于絕大多數(shù)化學(xué)和物理反應(yīng)，比如電子和晶格的熱平衡時(shí)間，甚至電子弛豫時(shí)間，通過設(shè)計(jì)超快激光脈沖序列來控制被加工材料電子吸收激光光子的過程（選擇性激發(fā)/電離），以及材料瞬時(shí)局部特性，進(jìn)而控制相變過程。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）應(yīng)用本項(xiàng)目提出的多尺度量子模型，揭示飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)、瞬時(shí)局部材料特性、加工過程和加工結(jié)果的影響機(jī)理/規(guī)律，并優(yōu)化飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)設(shè)計(jì)。（2）利用脈沖整形器在時(shí)域中調(diào)制飛秒激光脈沖，使每個(gè)飛秒單脈沖變成時(shí)間間隔從飛秒到皮秒的多個(gè)次脈沖。通過調(diào)節(jié)超短次脈沖的幅度及延遲時(shí)間等控制瞬時(shí)局部電子激發(fā)/電離過程，進(jìn)而控制相變過程，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高精度、高

7、效率微納制造。（3）應(yīng)用泵浦-探測(cè)技術(shù)直接檢測(cè)調(diào)制后的泵浦光與樣品發(fā)生作用產(chǎn)生的瞬態(tài)光學(xué)性質(zhì)變化，檢測(cè)對(duì)外層瞬時(shí)局部電子狀態(tài)調(diào)控的效果。2.2.3. 基于共振吸收的高效率高精度激光微納跨尺度制造（1）激光-材料的相互作用機(jī)制與共振吸收的機(jī)理研究理論研究不同特性激光束的多場(chǎng)能量耦合分布規(guī)律，及其共同作用下的新機(jī)制、效應(yīng)、規(guī)律，以及制造新原理。研究不同波長(zhǎng)（近紅外到近紫外）與各級(jí)能帶的共振吸收機(jī)理與規(guī)律，選擇激光波長(zhǎng)與所對(duì)應(yīng)的分子振動(dòng)/電子激發(fā)/電離間形成共振吸收耦合機(jī)制。（2）基于共振吸收的高精度激光制造方法研究利用OPA選擇激光脈沖的光子能量使之與電子躍遷的能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)共振吸收，提高加工

8、效率。選擇脈沖序列中的光子能量分別與電子躍遷路徑中的能級(jí)差匹配，實(shí)現(xiàn)共振吸收。（3）基于直寫、近場(chǎng)與光鑷的跨尺度激光制造方法研究以激光直寫技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合脈沖序列設(shè)計(jì)和共振吸收，實(shí)現(xiàn)對(duì)跨尺度結(jié)構(gòu)中微米級(jí)主體結(jié)構(gòu)的加工；以激光結(jié)合近場(chǎng)探針、納米粒子或微米級(jí)主體自身上的納米部分，形成局部近場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)結(jié)構(gòu)的加工；采用激光光鑷實(shí)現(xiàn)微米量級(jí)粒子的穩(wěn)定捕獲，捕獲后利用激光照射微米粒子自身產(chǎn)生的可移動(dòng)近場(chǎng)輔助實(shí)現(xiàn)納米加工，或者粒子與微器件的集成。 2.2.4. 航空/新型能源關(guān)鍵結(jié)構(gòu)/器件激光制造及性能控制（1）燃?xì)廨啓C(jī)、單晶葉片等重大關(guān)鍵部件激光極限制孔的基礎(chǔ)研究燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片孔的質(zhì)量問題非常關(guān)鍵，

9、幾何要素方面要考慮孔的圓度、角度、錐度、形狀以及入口直徑，金相方面要考慮重鑄層和氧化層等結(jié)構(gòu)組織。采用峰值功率極高的短脈沖激光對(duì)基體進(jìn)行打孔，結(jié)合高速旋轉(zhuǎn)光束整形、惰性氣氛保護(hù)和高頻超聲創(chuàng)新技術(shù)吹輔助的惰性氣體，可使重鑄層極小化，消除裂紋。通過瞬態(tài)成像高速攝影技術(shù)觀測(cè)激光加工小孔的動(dòng)態(tài)演化。（2）太陽能電池表面微納陷光結(jié)構(gòu)的激光制造利用飛秒激光經(jīng)過特殊的環(huán)境氛圍，對(duì)透明導(dǎo)電光學(xué)薄膜（TCO）進(jìn)行表面改性，使其誘導(dǎo)出高透射率的微納周期結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)解決絨面TCO薄膜的快速激光制作以及在疊層技術(shù)中引入梯度界面層和改變窗口層質(zhì)量等問題。建立一套高效、快速、穩(wěn)定制作微納結(jié)構(gòu)的飛秒激光制絨工藝，以導(dǎo)電薄膜為

10、研究對(duì)象，進(jìn)行飛秒激光光誘導(dǎo)的工藝探索和多參數(shù)優(yōu)化；研究飛秒激光與復(fù)合薄膜材料的作用機(jī)理，使其能快速、方便地對(duì)膜層進(jìn)行精確的刻蝕。2.2.5. 面向柔性IC典型結(jié)構(gòu)的激光微納制造基礎(chǔ)研究（1）超快激光與石墨烯氧化物相互作用的物理過程研究在獲得高質(zhì)量石墨烯氧化物的前提下，對(duì)超快激光還原細(xì)致物理過程進(jìn)行分析，深入理解石墨烯氧化物的含氧基團(tuán)脫除過程，及其對(duì)石墨烯質(zhì)量的影響；研究高質(zhì)量石墨烯氧化物的合成及其成膜條件，得到表面平整且膜厚可控的石墨烯氧化物膜；結(jié)合飛秒瞬態(tài)吸收等超快光譜技術(shù)，研究超快激光作用下含氧基團(tuán)脫除的動(dòng)力學(xué)過程，研究超快激光脫氧過程可能誘導(dǎo)的缺陷，缺陷的存在形式及其對(duì)導(dǎo)電性的影響。（

11、2）超快激光調(diào)控石墨烯氧化物特性研究和柔性金屬納米布線基礎(chǔ)研究研究不同氣氛下超快激光還原，比較對(duì)還原產(chǎn)物組分和帶隙特性的影響。研究超快激光還原石墨烯的能級(jí)和帶隙與FET關(guān)態(tài)電流和開關(guān)比的關(guān)系；針對(duì)金屬離子，研究采用超快激光光化學(xué)還原反應(yīng)制備金屬納米結(jié)構(gòu)的方法與條件，通過對(duì)金屬離子溶液光還原、介質(zhì)內(nèi)部超快激光三維還原等方法中的材料組成、激光參數(shù)等因素對(duì)所加工的結(jié)構(gòu)尺寸、精度的影響及機(jī)理研究，建立金屬納米結(jié)構(gòu)超快激光加工制備原理與方法，為三維金屬納米柔性布線提供關(guān)鍵技術(shù)。（3）超快激光制備石墨烯柔性光電子器件的研究基于所制備的石墨烯材料制備出柔性石墨烯FET: 超快激光加工還原實(shí)現(xiàn)高精度的石墨烯圖

12、案化電極，調(diào)控超快激光還原參數(shù)，提高電導(dǎo)率和降低載流子注入勢(shì)壘；基于上述研究結(jié)果，研制適于集成的獨(dú)立柵石墨烯FET，把該器件與OLED器件集成在一起，形成石墨烯FET驅(qū)動(dòng)的顯示像素點(diǎn)，進(jìn)一步探索多個(gè)像素點(diǎn)的集成互連工藝，實(shí)現(xiàn)石墨烯FET驅(qū)動(dòng)的柔性有源矩陣OLED顯示。（4）面向柔性IC的石墨烯大面積激光誘導(dǎo)研究研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)晶過程與長(zhǎng)大方式，激光與石墨烯生長(zhǎng)所需金屬基底的相互作用，研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)構(gòu)演變，揭示激光輻照處理對(duì)薄膜透光性和導(dǎo)電性的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)其光電性能的控制。(5) 關(guān)于柔性IC納米薄膜結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)沉積制造及性能調(diào)控研究研究微重力環(huán)境中極性/非極性粒子在交變電場(chǎng)誘

13、導(dǎo)下粒子極化和遷移運(yùn)動(dòng)特性，探索有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）器件源/漏電極、有機(jī)有源層納米薄膜結(jié)構(gòu)、晶體形態(tài)等對(duì)載流子電荷注入、電荷傳輸性能的影響機(jī)理，研究異質(zhì)界面形貌對(duì)電荷場(chǎng)效應(yīng)轉(zhuǎn)移性能以及界面張力和粘性的影響規(guī)律，建立薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)、晶體形態(tài)參數(shù)、界面形貌參數(shù)等與OTFT器件機(jī)、電性能參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型。二、預(yù)期目標(biāo)3.1總體目標(biāo)針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽能電池、IC等的核心構(gòu)件加工中的共性基礎(chǔ)問題，本項(xiàng)目研究激光微納制造的功能原理和尺度極限，提出一套高效率、高品質(zhì)、三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)、選擇性激光制造的新方法并建立其多尺度量子模型。本項(xiàng)目提出通過超快脈沖序列設(shè)計(jì)來控制被加工材料電子吸收激光光子的過程進(jìn)而控制相

14、變過程，提高加工精度、質(zhì)量和效率。提出利用光參量放大器（OPA）改變波長(zhǎng)并結(jié)合多激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)共振吸收，提高加工效率，實(shí)現(xiàn)選擇性加工。理論方面，將建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型，揭示激光能量吸收/傳導(dǎo)機(jī)理、材料瞬時(shí)性質(zhì)變化及其相變機(jī)制、成形成性規(guī)律。制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲面渦輪葉片微孔結(jié)構(gòu)，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，向航空、新型能源器件激光制造的實(shí)用化邁出比較關(guān)鍵的一步，對(duì)柔性石墨烯IC的發(fā)展進(jìn)行深入的前瞻性探索。推動(dòng)我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展，支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)家安全。3.2 五年預(yù)期目標(biāo)（1）制造新模型方面，建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型，研究激光制造的功能原理，揭示和掌控激光能量

15、吸收/傳導(dǎo)機(jī)理、材料瞬時(shí)性質(zhì)變化及其相變機(jī)制、成形成性規(guī)律。 （2）制造新方法方面，實(shí)現(xiàn)一套高品質(zhì)、高精度、高效率、三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)、選擇性激光制造的新方法，為激光微納制造的實(shí)用化邁出比較關(guān)鍵的一步。（i）通過超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)結(jié)合多光子效應(yīng)控制電子激發(fā)/電離過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于外層電子狀態(tài)控制改變瞬時(shí)局部特性和相變過程的制造新方法。（ii）通過共振吸收和外層電子激發(fā)/電離控制，使加工效率提高十倍以上，實(shí)現(xiàn)基于激光共振吸收的高效率選擇性制造新方法。（3）制造應(yīng)用方面，（i）實(shí)現(xiàn)在鈦合金或鎳鈷基高溫合金材料表面的高精度、高品質(zhì)、高效率的激光精密鉆孔，力爭(zhēng)滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片工作要求：孔徑100-7

16、00m，重鑄層<5m，無裂紋。（ii）展示以場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）像素驅(qū)動(dòng)電路為代表的原理性柔性IC的激光還原；實(shí)現(xiàn)三維金屬納米布線的線寬小于100nm，加工精度20nm；柔性石墨烯布線線寬小于50nm，加工精度20nm；初步實(shí)現(xiàn)柔性驅(qū)動(dòng)下的有源矩陣OLED顯示單元。實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光輔助的石墨烯大面積高質(zhì)量薄膜的合成。獲得面向高性能、可靠電子應(yīng)用的石墨烯薄膜。（4）論文專著與專利方面：發(fā)表SCI源刊物80-160篇，其中4-7篇有重要國(guó)際影響，申報(bào)專利15-30項(xiàng)。（5）人才培養(yǎng)方面：建立激光微納制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新基地，培養(yǎng)一批中青年學(xué)術(shù)帶頭人，使我國(guó)在該領(lǐng)域總體居于世界前列，

17、部分方向處于引領(lǐng)位置。三、研究方案4.1 學(xué)術(shù)思路圖1 項(xiàng)目整體學(xué)術(shù)思路4.2 技術(shù)途徑4.2.1 激光制造的多維性特征及其與材料的相互作用機(jī)理超快激光與材料相互作用過程是一個(gè)從納米到毫米、從飛秒到微秒的超快、非線性、非平衡態(tài)的多尺度過程，是理解功能原理的基石。（1）激光吸收機(jī)理：光子-電子相互作用考慮多種束能吸收機(jī)理，研究超快激光光束吸收過程及其對(duì)被加工材料外層電子狀態(tài)的影響。本項(xiàng)目采用Fokker-Planck等式計(jì)算電子激發(fā)/電離過程、改進(jìn)Drude Model預(yù)測(cè)材料瞬態(tài)光學(xué)/熱力學(xué)特性、玻耳茲曼輸運(yùn)方程計(jì)算電子導(dǎo)電率和電子弛豫時(shí)間。（2）激光誘導(dǎo)相變機(jī)理：電子-離子相互作用考慮多種材

18、料相變機(jī)理，研究超快激光誘導(dǎo)相變過程及其對(duì)材料成形規(guī)律的影響。本項(xiàng)目采用等離子量子模型計(jì)算激光吸收、量子分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算電子狀態(tài)改變、改進(jìn)分子動(dòng)力學(xué)模擬材料相變機(jī)理、改進(jìn)雙溫模型計(jì)算電子-晶格熱平衡過程、改進(jìn)Drude Model預(yù)測(cè)材料瞬態(tài)光學(xué)/熱力學(xué)特性。（3）超快激光微納制造的多尺度量子模型基于激光吸收和相變模型，建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型。應(yīng)用泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)模型預(yù)測(cè)反射率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及調(diào)控。（4）制造新方法的理論基礎(chǔ)基于多尺度量子模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)手段，研究超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)調(diào)控電子激發(fā)/電離、以及材料瞬時(shí)局部特性、進(jìn)而控制相變過程的微觀物理機(jī)制，揭示脈

19、沖序列設(shè)計(jì)提高激光微納制造加工精度等的微觀機(jī)理；基于理論模型，研究不同特性的激光束能量耦合分布規(guī)律，及其與材料間的相互作用機(jī)制。4.2.2 基于脈沖序列設(shè)計(jì)和外層電子狀態(tài)控制的激光制造（1）應(yīng)用本項(xiàng)目提出的多尺度量子模型，研究飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)（數(shù)目、延遲、能量分布、波長(zhǎng)等）對(duì)下列對(duì)象的影響機(jī)理/規(guī)律：i)瞬時(shí)（飛秒到皮秒）局部（納米到微米）電子狀態(tài)，ii)瞬時(shí)（飛秒到納秒）局部（納米到微米）材料特性（光學(xué)、熱力學(xué)等）；iii)加工過程(相變等); iv)加工結(jié)果（質(zhì)量、精度、效率）；從而理論上優(yōu)化飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)設(shè)計(jì)，并以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)。（2）通過飛秒脈沖序列的設(shè)計(jì)和產(chǎn)生控制材料外層

20、電子激發(fā)/電離過程，實(shí)現(xiàn)高效率高精度納米結(jié)構(gòu)制造。本課題擬采用飛秒脈沖整形器設(shè)計(jì)和產(chǎn)生的飛秒脈沖序列，控制被加工材料的電子激發(fā)/電離及材料相變過程。利用飛秒脈沖序列代替飛秒激光單脈沖，通過控制飛秒脈沖整形器中的空間光調(diào)制器控制激光光譜的振幅和相位分布，研究超短次脈沖的數(shù)量、能量、強(qiáng)度分布、延遲時(shí)間以及波長(zhǎng)對(duì)電子激發(fā)/電離過程的影響，進(jìn)而控制飛秒脈沖序列產(chǎn)生的破壞區(qū)域尺寸，找出形成最佳破壞區(qū)域所需的特定的電離過程和電子狀態(tài)規(guī)律，進(jìn)而提高飛秒激光的加工精度/質(zhì)量/效率。（3）飛秒脈沖序列與材料相互作用中材料特性的瞬時(shí)局部變化規(guī)律及其控制應(yīng)用泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)飛秒激光脈沖序列加工過程中的瞬時(shí)局部特性

21、。泵浦探測(cè)技術(shù)根據(jù)探測(cè)方式的不同可分為透射/反射泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)和Raman光譜技術(shù)。透射/反射泵浦探測(cè)是一種基本的用于探測(cè)光致吸收或反射變化的泵浦探測(cè)技術(shù)。時(shí)間分辨的Raman光譜技術(shù)是利用泵浦光引起的Raman散射信號(hào)的改變，利用與泵浦光有相對(duì)延遲的探測(cè)光來記錄這一信號(hào)的改變。采用泵浦探測(cè)技術(shù)可以直接檢測(cè)調(diào)制后的泵浦光與樣品發(fā)生作用后產(chǎn)生瞬態(tài)的光學(xué)性質(zhì)，檢測(cè)外層電子狀態(tài)調(diào)控的影響和效果。4.2.3 基于共振吸收的高效率高精度激光微納跨尺度制造（1）激光-材料的相互作用機(jī)制與共振吸收的機(jī)理研究任何物質(zhì)都具有一定的吸收譜，吸收譜中的吸收線最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為中心波長(zhǎng)，用0表示，其值由原子能級(jí)或固體

22、物質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)決定。為研究不同波長(zhǎng)與各級(jí)能帶的共振吸收規(guī)律，本項(xiàng)目將采用測(cè)量材料的吸收系數(shù)、反射系數(shù)，計(jì)算材料的介電常數(shù)等方法，重點(diǎn)研究近紅外到近紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光子能量與材料的分子振動(dòng)/電子激發(fā)/電離間共振吸收耦合機(jī)制，期待發(fā)現(xiàn)的特殊/新的機(jī)制/效應(yīng)應(yīng)用于制造方法。（2）基于共振吸收的高精度高效率激光制造本項(xiàng)目中的共振吸收加工方法是利用OPA將激光的光子能量調(diào)至吸收峰值附近，對(duì)材料進(jìn)行加工。在共振吸收條件下，材料對(duì)激光的吸收效率可以提高幾十甚至幾百倍，因此能夠極大的提高加工效率。除基態(tài)激發(fā)外，其它能量狀態(tài)也可以產(chǎn)生共振吸收。（3）基于直寫、近場(chǎng)與光鑷的跨尺度激光制造以飛秒激光直寫方式為基礎(chǔ)，

23、采用OPA和飛秒脈沖整形器對(duì)飛秒激光的波長(zhǎng)和相鄰次脈沖間的延遲時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)主體結(jié)構(gòu)的加工。用光鑷實(shí)現(xiàn)對(duì)微米級(jí)粒子的穩(wěn)定捕獲，利用微米粒子本身產(chǎn)生的近場(chǎng)完成大面積多種形狀的納米圖案，也可用光鑷實(shí)現(xiàn)微粒定位組裝。4.2.4航空/新型能源關(guān)鍵結(jié)構(gòu)/器件激光制造及性能控制（1）在燃?xì)廨啓C(jī)、單晶葉片等重大關(guān)鍵部件激光極限制孔的基礎(chǔ)研究理論研究短脈沖激光精密制孔工程重鑄層和微裂紋形成機(jī)理，探索激光制孔過程熱效應(yīng)極限抑制新原理和方法，提出激光與高速動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)光束整形、振動(dòng)超聲復(fù)合技術(shù)，系統(tǒng)開展高速光束光學(xué)部件選型、移動(dòng)平臺(tái)控制、軟件集成、制孔路徑優(yōu)化、無重鑄層工藝實(shí)現(xiàn)等技術(shù)研究。結(jié)合超聲振動(dòng)、同

24、軸吹氣和集塵等最大限度控制氧化層和重鑄層的厚度，消除微裂紋，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)葉片無重鑄、無微裂紋的高效精密鉆孔。（2）太陽能電池表面微納陷光結(jié)構(gòu)的激光制造首先以硅基和普通玻璃為基體進(jìn)行半導(dǎo)體薄膜的磁控濺射，繼而測(cè)試薄膜的基本性能，然后在一定環(huán)境下，調(diào)試合適參數(shù)，對(duì)薄膜材料進(jìn)行飛秒激光輻照，最后對(duì)材料進(jìn)行性能測(cè)試，找到最優(yōu)參數(shù)。研究將快速掃描技術(shù)、多光子吸收技術(shù)和非線性加工技術(shù)高度集成，輔助外界加工條件等建立一套飛秒激光誘導(dǎo)、燒蝕多功能融合制造系統(tǒng)，可以重復(fù)有效實(shí)現(xiàn)薄膜納米結(jié)構(gòu)的制作。在理論上，分析薄膜材料表面的光學(xué)吸收特性以及損傷機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立起表面光學(xué)吸收與損傷的理論模型；分析飛秒激光與薄

25、膜相互作用的超快過程，研究其成形機(jī)理，并建立其誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)與燒蝕損傷的聯(lián)系。在材料上，選用透明玻璃為基體控制TCO薄膜的組織成分、厚度、光學(xué)性能等參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)上，核心工作為絨面機(jī)構(gòu)的誘導(dǎo)加工，通過相同條件下的表面納米結(jié)構(gòu)與不同激光參數(shù)的加工進(jìn)行對(duì)比研究，探討邊界條件、功率密度（能量、聚焦特性）、光束質(zhì)量（波長(zhǎng)、偏振態(tài)、脈沖數(shù)、重復(fù)頻率）等對(duì)誘導(dǎo)質(zhì)量的影響。4.2.5面向柔性IC典型結(jié)構(gòu)的激光制造基礎(chǔ)研究（1）關(guān)于面向柔性IC的石墨烯制備、調(diào)控與器件研究飛秒激光還原圖案化石墨烯及其特性剪裁：探索利用改良的Hummers獲得氧化程度小、水溶液分散性好的石墨烯氧化物樣品；將合成的石墨烯氧化物旋涂成膜

26、，采用飛秒激光直寫的辦法對(duì)石墨烯氧化物膜進(jìn)行還原并進(jìn)行定位還原和圖案化設(shè)計(jì)。選擇合適的條件對(duì)石墨烯氧化物進(jìn)行還原，選擇不同的還原氣氛進(jìn)行加工；通過調(diào)變激光功率、激光作用時(shí)間細(xì)致調(diào)變還原程度，找出石墨烯中氧含量與其帶隙的相對(duì)關(guān)系，進(jìn)而對(duì)其帶隙進(jìn)行細(xì)致的調(diào)控，以滿足器件制備的需求。（2）關(guān)于面向柔性IC的石墨烯大面積激光誘導(dǎo)研究在微觀尺度研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)晶過程、長(zhǎng)大方向，以實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯晶疇形狀、尺寸的控制；研究激光與石墨烯生長(zhǎng)所需金屬基底的相互作用，包括對(duì)金屬表面晶面取向、臺(tái)階邊緣尺度/分布等因素的影響，建立石墨烯形核層數(shù)與臺(tái)階的關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯層數(shù)的控制；跟蹤石墨烯在激光輻照下的結(jié)

27、構(gòu)演變，建立熱力學(xué)模型分析演變規(guī)律；揭示激光輻照處理對(duì)薄膜透光性和導(dǎo)電性的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)其光電性能的控制。（3） 關(guān)于柔性IC納米薄膜結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)沉積制造及性能調(diào)控研究研究微重力環(huán)境中極性/非極性粒子在交變電場(chǎng)誘導(dǎo)下粒子極化和遷移運(yùn)動(dòng)特性，提出極化粒子形態(tài)（形狀與粒子取向）、運(yùn)動(dòng)、以及在約束空間分布的描述方法，建立微重力環(huán)境下極化粒子定向遷移的動(dòng)力學(xué)模型。探索有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）器件源/漏電極、有機(jī)有源層納米薄膜結(jié)構(gòu)、晶體形態(tài)等對(duì)載流子電荷注入、電荷傳輸性能的影響機(jī)理，研究異質(zhì)界面形貌對(duì)電荷場(chǎng)效應(yīng)轉(zhuǎn)移性能以及界面張力和粘性的影響規(guī)律，建立薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)、晶體形態(tài)參數(shù)、界面形貌參數(shù)等與OTFT器件

28、機(jī)、電性能參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型。4.3 創(chuàng)新和特色 （1）探索通過超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)的基于外層電子狀態(tài)調(diào)控的制造新方法。由于飛秒激光脈沖寬度比許多物理/化學(xué)特征時(shí)間（如電子和晶格的熱平衡時(shí)間）更短，這使得在加工中控制外層電子的激發(fā)/電離等過程成為可能。我們提出通過設(shè)計(jì)超快激光脈沖序列來控制被加工材料電子吸收激光光子的過程（選擇性激發(fā)/電離），進(jìn)而控制瞬時(shí)局部特性和相變過程。（2）當(dāng)激光光子能量（或多光子效應(yīng)下的等效光子能量）與被加工材料的電子躍遷能級(jí)差相近甚至相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振吸收，吸收效率將比非共振時(shí)高出數(shù)十到數(shù)百倍。提出利用OPA設(shè)備選擇激光光子能量并結(jié)合激光脈沖序列設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)共振吸收，提高加工

29、效率。（3）建立超快激光與物質(zhì)相互作用的多尺度量子模型。（4）利用飛秒激光對(duì)光滑TCO透明導(dǎo)電膜微納制造并賦予高效率陷光功能，建立飛秒激光TCO絨面結(jié)構(gòu)的制作工藝，揭示TCO薄膜絨面成型過程的本質(zhì)，大大提高入射光線在絨面上的多次反射，有效提高太陽能電池的性能。（5）提出超快激光還原石墨烯方法，在超快激光脈沖的照射下，氧化石墨烯可以還原為石墨烯，并呈現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性。4.4 課題設(shè)置思路圖2 課題設(shè)置思路及相互關(guān)系4.5 課題目標(biāo)與內(nèi)容課題1：激光制造的多維性特征及其與材料的相互作用機(jī)理研究目標(biāo)：建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型，揭示和掌控激光能量吸收/傳導(dǎo)機(jī)理、材料瞬時(shí)性質(zhì)變化及其相

30、變機(jī)制、成形成性規(guī)律，為超快激光微納制造提供理論基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容：（1）激光吸收機(jī)理：研究多種吸收機(jī)理對(duì)被加工材料電離過程以及瞬態(tài)特性的影響，探索超快激光束能吸收過程對(duì)微納制造精度的影響。（2）激光誘導(dǎo)相變機(jī)理：研究加工材料熔化及碎裂的動(dòng)態(tài)過程以及相應(yīng)瞬態(tài)熱力學(xué)特性的演化規(guī)律，揭示材料相變的微觀機(jī)理。（3）超快激光微納制造的多尺度量子模型：基于激光吸收和相變模型，建立超快激光與材料相互作用的多尺度量子模型；基于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型成果，并實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性等的檢測(cè)與調(diào)控。（4）制造新方法的理論基礎(chǔ)：研究超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)調(diào)控電子狀態(tài)的微觀物理機(jī)制，研究不同特性的激光束多場(chǎng)能量耦合分布規(guī)律，及其與材料間的相互

31、作用機(jī)制。經(jīng)費(fèi)比例：5%承擔(dān)單位： 北京理工大學(xué)、吉林大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：曲良體學(xué)術(shù)骨干：蔡海龍、李欣、何麗橋、曹穎課題2：基于脈沖序列設(shè)計(jì)和外層電子狀態(tài)控制的激光制造研究目標(biāo)：采用飛秒脈沖整形器產(chǎn)生所需的飛秒脈沖序列，通過調(diào)節(jié)每個(gè)脈沖序列中單個(gè)小脈沖的幅度和相鄰脈沖的延遲時(shí)間等參數(shù)，瞬時(shí)局部控制電子激發(fā)/電離等電子狀態(tài)及相應(yīng)材料相變過程，提高加工精度、質(zhì)量和效率。研究?jī)?nèi)容：（1）應(yīng)用本項(xiàng)目提出的多尺度量子模型，揭示飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)、瞬時(shí)局部材料特性、加工過程和加工結(jié)果的影響機(jī)理/規(guī)律，并優(yōu)化飛秒脈沖序列中脈沖參數(shù)設(shè)計(jì)。（2）利用脈沖整形器在時(shí)域中調(diào)制飛秒激光脈沖，使每個(gè)飛

32、秒單脈沖變成時(shí)間間隔從飛秒到皮秒的多個(gè)次脈沖，利用這種飛秒脈沖序列代替飛秒激光單脈沖進(jìn)行加工。通過調(diào)節(jié)超短次脈沖的幅度及延遲時(shí)間等控制瞬時(shí)局部電子激發(fā)/電離過程，進(jìn)而控制相變過程，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高精度、高效率微納制造。（3）應(yīng)用泵浦-探測(cè)技術(shù)直接檢測(cè)調(diào)制后的泵浦光與樣品發(fā)生作用產(chǎn)生的瞬態(tài)光學(xué)性質(zhì)變化，檢測(cè)對(duì)外層瞬時(shí)局部電子狀態(tài)調(diào)控的效果。經(jīng)費(fèi)比例：37%承擔(dān)單位：北京理工大學(xué)、華中科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人： 姜瀾學(xué)術(shù)骨干：朵英賢、陸永楓、陳強(qiáng)華、王素梅、張海濤、陳林課題3：基于共振吸收的高效率高精度激光微納跨尺度制造研究目標(biāo)：通過OPA選擇光子能量并結(jié)合脈沖序列設(shè)計(jì)或多激光實(shí)現(xiàn)共振吸收，提高加工效率十

33、倍以上。研究?jī)?nèi)容：利用OPA選擇單束激光脈沖的光子能量使之與電子躍遷的某一能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)共振吸收。（1）飛秒脈沖序列設(shè)計(jì)，將OPA產(chǎn)生的飛秒脈沖激光分成多束，選擇各束光的光子能量使之對(duì)應(yīng)電子連續(xù)躍遷路徑中的能級(jí)差，可以實(shí)現(xiàn)共振吸收。（2）多激光，選擇各激光光子能量分別對(duì)應(yīng)電子連續(xù)躍遷路徑中的能級(jí)差，實(shí)現(xiàn)共振吸收，該方法提高加工效率十倍以上。除實(shí)現(xiàn)共振吸收外，本項(xiàng)目還將集成多項(xiàng)激光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨尺度制造：采用激光直寫加工實(shí)現(xiàn)微米尺度制造；采用激光光鑷實(shí)現(xiàn)微米粒子的穩(wěn)定捕獲，捕獲后利用激光照射微米粒子自身產(chǎn)生的近場(chǎng)實(shí)現(xiàn)加工或集成。經(jīng)費(fèi)比例：21%承擔(dān)單位： 中南大學(xué)、華中科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人

34、：段吉安學(xué)術(shù)骨干： 陶少華、胡友旺、陶波、周劍英、孫小燕課題4：航空/新型能源關(guān)鍵結(jié)構(gòu)/器件激光制造及性能控制研究目標(biāo)：運(yùn)用基于電子狀態(tài)控制、共振吸收的高效率高精度激光微納制造新方法，將激光微納制造融合動(dòng)態(tài)光束整形和高頻超聲等技術(shù)實(shí)現(xiàn)航空和新型能源關(guān)鍵結(jié)構(gòu)精密制造。研究?jī)?nèi)容：針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽能電池中的激光微納制造共性需求，研究其超快激光高品質(zhì)、高可控性的加工方法及工藝：研究飛秒激光脈沖序列的參數(shù)，如波長(zhǎng)、脈寬、間隔、脈沖形狀、能量、偏振方式、橫模模式等對(duì)材料加工的影響；研究共振吸收對(duì)加工效率的影響；研究飛秒激光脈沖序列加工與加工過程控制的協(xié)同機(jī)制；研究激光微納制造融合動(dòng)態(tài)光束整形和高頻超聲

35、等技術(shù)，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)單步加工材料移除率的嚴(yán)格控制，最大程度減少加工殘留物、降低重鑄層厚度等。通過理論和實(shí)驗(yàn)研究，得出一套滿足要求的微結(jié)構(gòu)的超快激光微納加工方法及工藝，實(shí)現(xiàn)：（1）航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片群孔的高質(zhì)量加工；（2）具有高效、快速、穩(wěn)定制作納米結(jié)構(gòu)的飛秒激光制絨系統(tǒng)，以導(dǎo)電薄膜為研究對(duì)像，進(jìn)行飛秒激光光誘導(dǎo)的工藝探索和多參數(shù)的優(yōu)化，建立飛秒激光與薄膜作用時(shí)的光致消融模型。經(jīng)費(fèi)比例：16%承擔(dān)單位： 清華大學(xué)、江蘇大學(xué)課題負(fù)責(zé)人： 周明學(xué)術(shù)骨干：劉鵬霄、任乃飛、李保家、馬明星、袁潤(rùn)、馮巨震課題5：面向柔性IC典型結(jié)構(gòu)的激光微納制造基礎(chǔ)研究研究目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)石墨烯大面積高質(zhì)量薄膜的合成；實(shí)現(xiàn)三維金屬

36、納米布線；展示以FET像素驅(qū)動(dòng)電路為代表的原理性柔性IC；初步實(shí)現(xiàn)柔性驅(qū)動(dòng)下的有源矩陣OLED顯示單元。研究?jī)?nèi)容：（1）超快激光與石墨烯氧化物相互作用的物理過程研究：對(duì)超快激光還原細(xì)致物理過程進(jìn)行分析，深入理解石墨烯氧化物的含氧基團(tuán)脫除過程，及其對(duì)石墨烯質(zhì)量的影響；研究高質(zhì)量石墨烯氧化物的合成及其成膜條件。（2）超快激光調(diào)控石墨烯氧化物特性研究和柔性金屬納米布線基礎(chǔ)研究：研究不同氣氛下超快激光還原，比較對(duì)還原產(chǎn)物組分和帶隙特性的影響。研究超快激光還原石墨烯的能級(jí)和帶隙與FET關(guān)態(tài)電流和開關(guān)比的關(guān)系；針對(duì)金屬離子，研究采用超快激光光化學(xué)還原反應(yīng)制備金屬納米結(jié)構(gòu)的方法與條件，建立金屬納米結(jié)構(gòu)超快激

37、光加工制備原理與方法。（3）超快激光制備石墨烯柔性光電子器件的研究：基于所制備的石墨烯材料制備出柔性石墨烯FET；研制適于集成的獨(dú)立柵石墨烯FET，把該器件與OLED器件集成在一起，形成石墨烯FET驅(qū)動(dòng)的顯示像素點(diǎn)，進(jìn)一步探索多個(gè)像素點(diǎn)的集成互連工藝，實(shí)現(xiàn)石墨烯FET驅(qū)動(dòng)的柔性有源矩陣OLED顯示。（4）面向柔性IC的石墨烯大面積激光誘導(dǎo)研究：研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)晶過程與長(zhǎng)大方式，激光與石墨烯生長(zhǎng)所需金屬基底的相互作用，研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)構(gòu)演變，實(shí)現(xiàn)對(duì)其光電性能的控制。（5）關(guān)于柔性IC納米薄膜結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)沉積制造及性能調(diào)控研究：研究微重力環(huán)境中極性/非極性粒子在交變電場(chǎng)誘導(dǎo)下粒子極

38、化和遷移運(yùn)動(dòng)特性，探索有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）器件源/漏電極、有機(jī)有源層納米薄膜結(jié)構(gòu)、晶體形態(tài)等對(duì)載流子電荷注入、電荷傳輸性能的影響機(jī)理，研究異質(zhì)界面形貌對(duì)電荷場(chǎng)效應(yīng)轉(zhuǎn)移性能以及界面張力和粘性的影響規(guī)律。經(jīng)費(fèi)比例：21%承擔(dān)單位：清華大學(xué)、吉林大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：鐘敏霖學(xué)術(shù)骨干：李琳、朱宏偉、陳岐岱、白炳蓮四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年（1）研究超快激光束能吸收機(jī)理，包括自由電子加熱、束縛電子激發(fā)、碰撞電離、光致電離（多光子電離、隧道電離）等，及其對(duì)微納制造過程的影響；（2）研究激光吸收過程中的材料瞬時(shí)局部特性變化，包括熱力學(xué)和光學(xué)特性等，探索超快激光束能吸收過程對(duì)微納制造精度的影響；（3）

39、搭建飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（4）應(yīng)用項(xiàng)目組所提出的理論模型研究不同飛秒激光脈沖序列輻照下瞬時(shí)局部電子狀態(tài)的變化；（5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證飛秒脈沖序列對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)的可控性；（6）實(shí)驗(yàn)研究飛秒脈沖序列對(duì)瞬時(shí)局部特性及相變機(jī)理的影響；（7）分析不同類材料吸收光譜特性；（8）測(cè)量某些特定材料的吸收光譜；（9）研究吸收光譜細(xì)微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生機(jī)制；（10）搭建共振吸收加工及成像系統(tǒng)；（11）設(shè)計(jì)并初步搭建激光微納制孔制絨實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；（12）初步研究超快激光與石墨烯氧化物相互作用的物理過程;（13）初步研究超快激光調(diào)控石墨烯氧化物特性。（1）初步揭示典型微納加工條件下（1013 -1015 W/cm2），典型材料

40、（石英等）對(duì)超快激光束的吸收機(jī)理；（2）初步揭示飛秒激光典型微納加工條件下，典型材料的瞬時(shí)局部特性變化規(guī)律，包括熱力學(xué)和光學(xué)特性等；（3）初步搭建成飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（4）理論預(yù)測(cè)不同飛秒激光脈沖序列輻照下瞬時(shí)局部電子狀態(tài)的改變規(guī)律；（5）理論證明飛秒脈沖序列對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)的可控性；（6）初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證飛秒脈沖序列對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)的可控性；（7）初步揭示飛秒脈沖序列對(duì)瞬時(shí)局部特性和相變機(jī)理的影響；（8）確定待共振吸收加工研究材料的范圍；（9）獲得材料電子躍遷的能級(jí)差與OPA輸出激光的光子能量對(duì)應(yīng)關(guān)系；（10）初步搭建共振吸收加工及成像系統(tǒng)；（11）掌握激光精密制孔制絨國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

41、和技術(shù)瓶頸，確定研究方案和技術(shù)路線，準(zhǔn)備基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究；（12）初步形成激光微納制孔制絨實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；（13）初步獲得高質(zhì)量表面平整且膜厚可控的石墨烯氧化物膜；（14）初步理解超快激光作用下含氧基團(tuán)脫除的動(dòng)力學(xué)過程。第二年（1）深入研究超快激光束能吸收機(jī)理；（2）深入研究激光吸收過程中的材料瞬時(shí)局部特性變化；（3）研究超快激光誘導(dǎo)相變機(jī)理，包括熔化、相爆炸、臨界點(diǎn)相分離、氣化、庫侖爆炸、靜電燒蝕等，及其對(duì)微納制造過程的影響；（4）研究被加工材料熔化及碎裂的動(dòng)態(tài)過程以及相應(yīng)瞬態(tài)熱力學(xué)特性的演化規(guī)律，揭示材料相變的微觀機(jī)理和初始等離子體團(tuán)形成的規(guī)律； （5）完善飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（6）初步搭建泵

42、浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)；（7）應(yīng)用項(xiàng)目組所提出的理論模型預(yù)測(cè)不同飛秒激光脈沖序列輻照下材料瞬時(shí)局部特性的變化；（8）實(shí)驗(yàn)研究飛秒激光脈沖序列中脈沖的數(shù)量對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)和加工過程的影響；（9）實(shí)驗(yàn)研究飛秒激光脈沖序列中脈沖延遲時(shí)間對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)和加工過程的影響；（10）完善、改進(jìn)共振吸收加工系統(tǒng)；（11）進(jìn)一步研究吸收光譜細(xì)微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生機(jī)制；（12）理論研究不同特性的激光束多場(chǎng)能量耦合分布規(guī)律；（13）理論研究不同特性的激光束與材料間的相互作用機(jī)制；（14）初步開展共振吸收實(shí)驗(yàn)研究；（15）初步研究激光精密制孔中重鑄層和微裂紋形成物理機(jī)理，半導(dǎo)體材料表面制絨理論，初步探索制孔過程熱效應(yīng)極限

43、抑制原理和方法；（16）進(jìn)一步完善激光微納制孔制絨實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，初步進(jìn)行制絨實(shí)驗(yàn)；（17）初步搭建激光制孔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，初步進(jìn)行葉片制孔實(shí)驗(yàn)；（18）進(jìn)一步研究超快激光與石墨烯氧化物相互作用的物理過程；（19）進(jìn)一步研究超快激光調(diào)控石墨烯氧化物特性；（20）初步研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)晶過程、長(zhǎng)大機(jī)制。（1）進(jìn)一步揭示典型微納加工條件下，典型材料對(duì)超快激光束的吸收機(jī)理，澄清一些前期光吸收機(jī)理爭(zhēng)議；（2）進(jìn)一步揭示飛秒激光典型微納加工條件下，典型材料的瞬時(shí)局部特性變化規(guī)律；（3）初步揭示飛秒激光典型微納加工條件下，典型材料的相變規(guī)律；（4）完善飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（5）初步搭建泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)

44、系統(tǒng)平臺(tái)；（6）理論預(yù)測(cè)飛秒激光脈沖序列對(duì)材料瞬時(shí)局部特性改變的規(guī)律，設(shè)計(jì)相應(yīng)脈沖序列參數(shù)；（7）實(shí)驗(yàn)揭示飛秒脈沖序列中脈沖的數(shù)量對(duì)加工過程(相變等)及其結(jié)果（質(zhì)量、精度、效率）的影響機(jī)理；（8）實(shí)驗(yàn)揭示飛秒脈沖序列中脈沖的延遲時(shí)間對(duì)加工過程(相變等)及其結(jié)果（質(zhì)量、精度、效率）的影響機(jī)理；（9）完善、改進(jìn)共振吸收加工系統(tǒng)；（10）獲得材料電子躍遷的能級(jí)差與OPA輸出激光的光子能量對(duì)應(yīng)關(guān)系；（11）理論揭示多激光能量場(chǎng)之間的耦合規(guī)律；（12）理論闡明多激光能量場(chǎng)與材料的相互作用機(jī)理；（13）初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證共振吸收制造的可行性；（14）初步揭示制孔過程中重鑄層和微裂紋形成機(jī)理，半導(dǎo)體材料表面制絨理

45、論，初步發(fā)展其對(duì)應(yīng)抑制原理和方法；（15）初步形成激光渦輪葉片制孔實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，初步完成激光燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片精密制孔和電池材料表面制絨實(shí)驗(yàn)；（16）進(jìn)一步獲得高質(zhì)量石墨烯氧化物膜；（17）超快激光還原石墨烯氧化物獲得可控石墨烯，初步實(shí)現(xiàn)石墨烯帶隙的高度可控；（18）初步實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯晶疇形狀、尺寸的控制。第三年（1）繼續(xù)研究超快激光束能吸收機(jī)理；（2）深入研究激光吸收過程中的材料瞬時(shí)局部特性變化；（3）繼續(xù)研究激光誘導(dǎo)相變機(jī)理；（4）在吸收和相變機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，建立飛秒激光與材料相互作用的多尺度量子模型，并實(shí)現(xiàn)其程序軟件；（5）應(yīng)用泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)模型預(yù)測(cè)反射率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)量及調(diào)控

46、；（6）根據(jù)前期理論實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和深入檢測(cè)需要，進(jìn)一步完善、調(diào)整飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（7）完善泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)；（8）應(yīng)用項(xiàng)目組所提出的理論模型研究不同飛秒激光脈沖序列輻照下加工質(zhì)量、精度、效率等變化；（9）實(shí)驗(yàn)研究飛秒激光脈沖序列中脈沖的能量分布對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)和加工過程的影響；（10）結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)飛秒激光脈沖序列微納制造；（11）初步研究將飛秒脈沖序列應(yīng)用于精密微孔制造的工藝過程及飛秒脈沖序列各參量對(duì)微孔制造加工過程的影響；（12）根據(jù)前期理論實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和深入檢測(cè)需要，完善、改進(jìn)共振吸收加工系統(tǒng)；（13）進(jìn)一步開展共振吸收的實(shí)驗(yàn)研究；（14）

47、改進(jìn)實(shí)現(xiàn)基于激光微納制造新方法；（15）深入研究激光制孔中減少重鑄層和微裂紋的機(jī)理，熱效應(yīng)極限抑制原理和方法，以及半導(dǎo)體材料表面制絨理論； （16）繼續(xù)深入激光微納制孔制絨實(shí)驗(yàn)；（17）繼續(xù)完善激光制孔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，繼續(xù)深入激光葉片制孔實(shí)驗(yàn)；（18）進(jìn)一步研究石墨烯在激光輻照下的結(jié)晶過程、長(zhǎng)大機(jī)制研究；（19）超快激光柔性金屬納米布線初步基礎(chǔ)研究；（20）激光與石墨烯生長(zhǎng)所需金屬基底的相互作用機(jī)制初步研究。（1）優(yōu)化超快激光吸收模型；（2）優(yōu)化超快激光輻照下，材料瞬時(shí)局部特性變化模型；（3）優(yōu)化超快激光誘導(dǎo)相變模型；（4）初步建立飛秒激光與材料相互作用的多尺度量子模型，并實(shí)現(xiàn)其程序軟件，建立激

48、光微納制造基礎(chǔ)理論研究平臺(tái)；（5）以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為指導(dǎo)，優(yōu)化超快激光與材料相互作用多尺度量子模型；（6）進(jìn)一步完善飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（7）完成泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)的調(diào)試；（8）理論揭示不同飛秒激光脈沖序列輻照下加工質(zhì)量、精度、效率等變化；（9）實(shí)驗(yàn)揭示飛秒脈沖序列中脈沖的能量分布對(duì)加工過程(相變等)及其結(jié)果（質(zhì)量、精度、效率）的影響機(jī)理；（10）初步提出飛秒激光脈沖序列優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；（11）初步掌握飛秒脈沖序列各參量對(duì)微孔制造中質(zhì)量、精度和效率的影響規(guī)律；（13）完善、改進(jìn)共振吸收加工系統(tǒng)；（14）實(shí)現(xiàn)基于共振吸收的激光微納制造，提高加工效率。（15）進(jìn)一步揭示制孔過程中重鑄層和微裂紋形

49、成機(jī)理，半導(dǎo)體材料表面制絨理論；（16）分析各參數(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片精密制孔和電池材料表面制絨的影響，得到較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)總結(jié)；（17）進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的控制；（18）初步實(shí)現(xiàn)三維金屬納米布線；（19）建立石墨烯形核層數(shù)與臺(tái)階的關(guān)聯(lián)，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯層數(shù)的控制。第四年（1）深入研究激光誘導(dǎo)相變機(jī)理（2）基于理論與實(shí)驗(yàn)手段，研究超快激光脈沖序列設(shè)計(jì)調(diào)控電子激發(fā)/電離、以及材料瞬時(shí)局部特性、進(jìn)而控制相變過程的微觀物理機(jī)制；（3）研究脈沖序列設(shè)計(jì)提高激光微納制造加工精度等的微觀機(jī)理；（4）根據(jù)前期理論實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和深入檢測(cè)需要，繼續(xù)完善、調(diào)整飛秒脈沖序列微納制造系統(tǒng)；（5）應(yīng)用項(xiàng)目組所提出

50、的理論模型，深入研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)飛秒激光脈沖序列以提高加工質(zhì)量、精度或效率；（6）研究飛秒激光脈沖序列中不同波長(zhǎng)對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)和加工過程的影響；（7）研究飛秒激光脈沖序列中各參量（脈沖數(shù)量、延遲、能量、強(qiáng)度分布、波長(zhǎng)等）協(xié)調(diào)控制對(duì)瞬時(shí)局部電子狀態(tài)和加工過程的影響；（8）根據(jù)初期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，深入研究飛秒脈沖序列各參量對(duì)微孔制造加工過程的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)微孔加工中脈沖序列的參量組合；（9）根據(jù)前期理論實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和深入檢測(cè)需要，繼續(xù)完善、改進(jìn)共振吸收加工系統(tǒng)；（10）深入研究共振吸收的高精度激光制造；（11）研究脈沖序列和共振吸收結(jié)合的激光制造方法；（12）將新的激光制造方法應(yīng)用于課題4中對(duì)象的制造；（13）進(jìn)一步研究激光制孔中減少重鑄層和微裂紋的機(jī)理，熱效應(yīng)極限抑制原理和方法，以及半導(dǎo)體材料表面制絨理論；（14）完成激光微納制孔制絨實(shí)驗(yàn)；完成