Nanoscale Fusion Zone Induced by the Scattered Field of Laser-Microsphere Interaction

[[abstract]]這計畫擬研究雷射傳播穿過一微米尺度或奈米尺度的隙縫之繞射效應、雷射與球形微顆粒交互作用的散射場及雷射照射球形微顆粒的散射場在矽基板上所創生的奈米尺度結構。由於雷射束波長的繞射限制，一般上利用慣用的光學雷射擬完成奈米尺度材料加工是很困難的。因此本計畫的第一年擬研究雷射光經一小隙縫的繞射效應。應用海更士原理，首年探討雷射波長、雷射傳播的介質及雷射經過的隙縫大小對繞射後雷射強度重新分佈的影響。本計畫第一年也擬執行雷射繞射的觀察與量測以印證分析的結果。 在雷射與微顆粒交互作用的研究，發現假如顆粒直徑大於入射雷射波長，一透明顆粒就如一鏡片能聚焦雷射束於比顆粒橫斷面積小的區域。反之，假如顆粒直徑等於或小於入射雷射波長，近場增強在奈米尺度結構成型扮演重要角色。為了對這現象有更好的瞭解，本計畫的第二年將系統性地研究雷射照射球形微顆粒的散射場。根據麥的散射理論，微顆粒大小、微顆粒光學性質及雷射特性對環繞微顆粒散射場的影響將被詳細地定量研究。理論計算出的微顆粒散射場亦將以實驗的觀察與量測確認其有效性。 雷射與微顆粒的交互作用引發一侷限於很小面積的強烈近場增強，因此這增強場能用來製造矽基板上的奈米尺度結構。奈米結構形成的過程中，初始地矽基板局部的熔融由於球形微顆粒與基板間的增強光學場的照射。然後熔區與相變化區產生，並且固化後奈米尺度結構形成。為了對矽基板上奈米尺度結構的形成有更深入的瞭解，本計畫的第三年擬利用以焓方法為基礎的相傳輸熱傳模式來預測矽基板上奈米尺度熔融區的形狀和大小。為瞭解熱傳模式的適用性，雷射照射矽基板上球形微顆粒的觀察與量測系統也將在本計畫建置