波长大于 2 微米的超短脉冲激光在硅中的亚表面改性

硅中的自聚焦和多光子吸收等非线性光学现象强烈依赖于激发脉冲的波长、能量和持续时间。因此，超短脉冲激光的亚表面改性存在显著的波长依赖性，尤其对于 > 2 $\mu$m 的波长。本文针对 1950–2400 nm 波长范围、0.5–10 ps 脉冲持续时间以及 1 $\mu$J 至 1 mJ 变化的脉冲能量，研究了这种波长依赖性。对采用我们自行搭建的工作于该波长范围的基于光纤的激光器加工的 Si 晶圆表面与亚表面进行了数值和实验分析。结果与 1550 nm 处的文献数据进行了比较。所开展的分析表明，由于非线性吸收谱中的凹陷和三阶非线性谱中的峰值，2000–2200 nm 之间的波长更利于在硅中创建亚表面改性。即便这些波长在线性 regime 下无法实现如 1550 nm 那样紧密的聚焦，情况依然如此。该问题由约 2100 nm 处高强度（超短脉冲的特征）下非线性 Kerr 效应导致的增强自聚焦所补偿。