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表面等离子体激元对激光能量吸收及表面结构化的影响

DOI：10.1016/j.apsusc.2019.144420 期刊：Applied Surface Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 在飞秒或皮秒激光脉冲实验中，精确计算激光能量吸收对于描述周期性表面结构的形成至关重要。在粗糙材料表面、裂纹或台阶边缘处，超短激光脉冲能激发表面等离激元极化子（SPP）——即与激光电磁波耦合的表面等离子体。这种等离子体波与入射脉冲的干涉会导致样品表面沉积激光能量的周期性调制。本研究在双温模型框架内，提出了考虑正入射超短激光脉冲照射介质-金属界面台阶边缘时所激发SPP的源项解析表达式。以金为例量化了激光脉冲参数对能量吸收的影响。该成果可用于纳米光子学应用，并为电子与晶格温度演化（进而在受控条件下形成具有预定特性表面）的理论研究提供依据。
作者： P.N. Terekhin，O. Benhayoun，S.T. Weber，D.S. Ivanov，M.E. Garcia，B. Rethfeld
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研究概述 实验方案

研究目的

研究表面等离子体激元对激光能量吸收及表面结构化的影响。

研究成果

该研究成功推导出一个包含介质-金属界面激发表面等离极化激元（SPP）效应的激光能量吸收解析源项。该源项能够描述表面周期性能量沉积过程，这对理解和控制激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的形成至关重要。研究结果表明，通过精确控制激光参数可实现表面特性的定制化调控，为纳米光子学应用和先进材料加工技术提供了重要见解。

研究不足

该研究假设介电函数不随空间和时间变化，这可能无法解释激光照射过程中材料特性的动态变化。此外，该模型对于金以外的材料以及不同环境条件下的适用性尚未探讨。

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