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高能量光參啁啾放大器的搭建及其應用

為了解決鈦赫茲效果的問題，作者蔡嘉倫 這樣論述：

整篇文章的作者為博士班學生蔡嘉倫，他就讀於國立清華大學光電工程研究所，就學期間(2013~2020)搭建了兩種中心波長的光參啁啾放大器(OPCPA)，還有兩種不同波長的非線性雷射脈衝壓縮器。作者在就學及研究期間，搭建了兩種光參啁啾放大器，可以放大近紅外波長雷射，以及產生中紅外光雷射。他們分別由不同的源頭雷射驅動：(1)以商用鈦藍寶石雷射放大器當作源頭幫浦雷射，自組建的光參啁啾放大器可以產生雷射脈衝1千赫茲、0.5毫焦耳、368飛秒(1.36吉瓦尖峰功率)、1.9微米中心波長。至於後級放大部分，則由摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射放大器作為幫浦雷射。(2)以摻鐿鎢酸釓鉀(Yb:KGW)商用雷

射放大器當作源頭幫浦雷射，中心波長1.55微米的光參啁啾放大器可以產生雷射脈衝1千赫茲、3.3毫焦耳、80飛秒(41.25吉瓦尖峰功率)。這樣的光源是個強大的工具，其可應用於電子加速產生兆電子伏特動能，或是高次諧波產生極紫外光。至於非線性雷射脈衝壓縮器，作者根據不同的雷射中心波長以及輸入脈衝能量，搭建了兩套多薄片展頻(MPC)架構去探索脈衝壓縮效果：(1)多薄片展頻架構一級，包含了9片200微米厚度的石英薄片，使得原本1.55微米中心波長的光參啁啾放大器，頻寬變成原本4倍。此頻寬經歷過脈衝壓縮之後，脈衝寬度從原本的80飛秒，壓縮變成20飛秒。(2) 多薄片展頻架構一級操作在中心波長1.03微米

。光源部分來自一台自行搭建的碟片雷射震盪器，加上一套多次穿透共振腔。此光源由德國的波鴻魯爾大學提供，可產生脈衝寬90飛秒、13.4兆赫茲，以及大約10微焦耳的脈衝能量。作者協助搭建了一套多薄片展頻架構，使得雷射脈衝寬度從原本的88飛秒，壓縮變成27飛秒，轉換效率為超過90百分比。此架構建立了一個里程碑，其輸入脈衝能量小於10微焦耳，脈衝重覆率高於1兆赫茲。此架構對於未來更高脈衝能量提供了可能性，其方法為選用更為寬鬆的聚焦條件，以及色散補償反射鏡。此一短脈衝光源提供了產生軟X光源產生的條件，未來預計可以應用在無標籤的生物樣本觀察。

含鈮氮化物添加鈦元素製備單層與複合鍍層之磨潤性質、抗腐蝕性質及通入乙炔後之高速鑽削應用

為了解決鈦赫茲效果的問題，作者毛胤翔 這樣論述：

本研究分為三階段，第一階段透過DC直流濺鍍系統變化靶材電流製備NbNxA鍍層(x為電流安培)，第二階段改以RF射頻濺鍍系統濺鍍，固定鈮(Nb)與鈦(Ti)靶材電流並藉由變化氮氣通量(x)製備NbTi-NX鍍層，接著再拆解最佳化參數，以不同頻率切換金屬靶材以製備NbN/TiNxmin多層鍍層(x為分鐘)。第三階段同樣使用RF射頻濺鍍系統濺鍍，以第二階段性質最佳鍍層通入乙炔，預期能有效降低鍍層的摩擦係數值並進行高速鑽針的工業應用測試。第一階段結果顯示NbN2A鍍層不但能在不影響元素比例下有效提高鍍層厚度，使鍍層結晶相更為豐富，也能提升鍍層機械性質與硬度，亦能在電化學腐蝕上有更優秀的抗腐蝕性能。第

二階段結果可以發現NbTi-N12鍍層在XRD結構分析中發現最為多樣的結晶相(包含不同方向的TiN與β-Nb2N)，也因此導致XPS檢測時Nb-N與TiN電子伏特的偏移。NbTi-N12鍍層在硬度上有最佳的表現(26.6GPa)，在與氮化矽球磨的比較下，表現出最優秀的磨耗率(2.49×10-6mm3/Nm)。在腐蝕測試方面也有最低的腐蝕電流(1.97E-06 A/cm2)與超過1V的破裂電位。研究也發現兩種NbN/TiN多層鍍層雖然因為超晶格硬化的機制有較高的硬度，然而卻沒有原本預期的優秀的附著性、機械與磨耗性質。並且，NbN/TiN多層鍍層在抗腐蝕測試中破裂電位會提早到來，導致鍍層在實驗中途

便失去保護HSS底材的作用，因此也不適合作為抗腐蝕鍍層披覆。第三階段以第二階段最佳參數NbTi-N12單層通入乙炔製備NbTi-N12-CH鍍層，其結構由豐富的結晶相變成sp2較高的類鑽碳為主的結構，然而對附著性並沒有顯著的影響。NbTi-N12-CH鍍層硬度雖然降低至10.8GPa，卻富含固體潤滑劑的效果，並使NbTi-N12-CH鍍層在對抗氮化矽球與鉻鋼球時皆表現出非常優秀的磨耗性質，磨耗機制呈現非常輕微的刮損磨耗。另外，在抗腐蝕性質方面也有相當優秀的腐蝕電位(-0.19V)與腐蝕電流(1.81E-06 A/cm2)。在高速鑽針實驗上，能有效提升壽命至兩倍。經過三階段循序漸進的實驗後可以發

現NbN2A鍍層、NbTi-N12鍍層與兩種NbN/TiN多層鍍層皆有較高的奈米硬度表現(〉24.9GPa)。在抗磨耗性質方面，氮化矽球較不易產生黏附，能表現真實的磨耗率，而鉻鋼球由於容易發生黏附機制，在大多數鍍層的磨痕中都可以測到鉻或鐵含量的黏附。黏附機制也導致其磨耗率較不能代表真實情況，在HSS底材對磨鉻鋼球時，甚至量測到非常低的磨耗率(0.89×10-6mm3/Nm)。NbTi-N12-CH鍍層在兩種對磨材料的磨耗下，均表現出優秀的抗磨耗性質，特別是在對抗鉻鋼球磨耗時，磨耗率低至(0.13×10-6mm3/Nm)，磨耗機制皆為最輕微的刮損磨耗。在抗腐蝕性質方面，在披覆鍍層後，鍍層均能提升

腐蝕電位與降低腐蝕電流。在腐蝕電位的表現上，鍍層間表現相差不大。在腐蝕電流方面，在破裂電位超過1V的鍍層比較中，以NbTi-N12-CH鍍層表現最佳(1.81E-06 A/cm2)。因此綜合以上原因，披覆NbTi-N12-CH鍍層為本實驗最佳的製備參數。