基于超快激光定域去除的Cu/Ag复合金属网格透明电极性能优化研究

[目的]Ag网格透明电极方块电阻低,但反射率高。[方法]在钠钙玻璃基底表面利用等离子射频磁控溅射沉积Cu/Ag复合金属薄膜,然后采用飞秒脉冲激光定域去除金属层,获得Cu/Ag复合金属网格透明电极。分析了激光能量密度、激光扫描速率和激光扫描线重叠率对电极材料去除的影响机制。[结果]在激光能量密度1.4 J/cm^(2)、激光扫描速率300 mm/s和激光扫描线重叠率70%的工艺参数下获得了综合光电性能最为出色的Cu/Ag复合金属网格透明电极,其平均透光率为87.58%,方块电阻为2.15Ω,品质因子为1.235×10^(-1)Ω^(-1)。[结论]该电极的综合性能与传统商用ITO(掺锡氧化铟)透明电极相比有巨大提升。

超快激光去除牙科用树脂粘接剂的效果评价

目的:评价超快激光去除牙科用树脂粘接剂的效果和安全性。方法:在离体牙表面制备粘接层样本,使用超快激光间隔扫描方式进行加工。光镜和电镜下观察粘接剂表面形貌,拉曼光谱检测粘接剂成分变化,光镜下观察牙体截面损伤情况。结果:经超快激光加工后,粘接剂发生碳化。随着激光参数的变化,出现不同程度的色泽改变和体积膨胀,无外力作用下即可从牙面脱落。粘结剂层下方釉质无明显损伤。结论:超快激光可安全有效地去除釉质表面树脂粘接剂。

可调谐超快激光贝塞尔光束加工方法研究

为了实现高效率和加工精度可灵活调节的超快激光微器件加工,提出了一种基于可调谐贝塞尔光束的超快激光加工方法。该方法通过调节可对初级贝塞尔光束压缩的双远心光学系统压缩比,实现了超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离的灵活调节,其中不同压缩比的双远心光学系统通过闭环反馈控制的高分辨位移音圈致动器控制实现。理论分析和实验测试证实,在锥透镜(底角2°)和双远心光学系统(f_(1)=250 mm,f_(2)=36、18、9 mm)配合下,超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离分别为3.73μm和5.28 mm,1.86μm和1.32 mm,0.93μm和0.33 mm。同时,设计了一套贝塞尔光束检测系统,可以实现对上述设计的可调谐贝塞尔光束的精确测量。最后对厚度为1 mm的熔融石英样品进行了打孔实验,实验结果表明熔融石英上的表面微孔直径与设计的贝塞尔光束的中心主瓣直径相符。该研究内容为实现高精密高效超快激光加工提供了一种新方法,具备工程化价值。

超快激光垂直改质SiC单晶材料的技术

高效、低损耗SiC晶片加工技术一直是各生产厂家积极研究的高端加工技术。主要研究了采用超快激光垂直改质SiC单晶材料的加工工艺,实现了晶体的切片,大幅提高材料利用率,降低衬底成本。

超快激光诱导等离子体成丝光谱

飞秒激光等离子体光丝大气中传输的独特物理过程在航天领域具有重要的应用前景。采用仿真与实验,验证了飞秒等离子体成丝的光谱展宽特征,获得了超快等离子体光丝在不同参数特征下,覆盖从可见到红外探测系统的波谱范围,及保持系统相对稳定的特征,对于借助强激光等离子体光丝光谱进行红外特征探测具有重要的启发作用。

蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离,并成功转移至Si衬底,形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现,当超快激光能量密度在1.3 J/cm^(2)附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层,且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明,剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放,从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I-V性能测试,5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA,光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究,为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑,有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。

“唯快不破”的Yb∶CALGO晶体——一种极具前瞻性且可实现高功率窄脉宽的超快激光晶体

激光是20世纪的重大发明之一,被誉为“最快的刀”“最准的尺”与“最亮的光”。那么超快激光又是什么呢?要理解超快激光,必须得知道什么是激光脉冲。激光脉冲是指以脉冲方式工作的激光器发出的一个光脉冲,比如,手电筒如果保持开关打开,手电筒就是连续工作,如果打开开关立刻关闭,就相当于发出了一个光脉冲。激光脉冲可以做到非常短,有纳秒、皮秒、飞秒甚至阿秒量级,皮秒量级是指在1 s之内就可以发出一万亿个超短脉冲。

新书推荐:《超快激光原理与技术》

超快激光通常是指脉冲宽度在皮秒(10^(-12)秒)、飞秒(10^(-15)秒)以及阿秒(10^(-18)秒)或更短量级的脉冲激光,具有峰值功率高、持续时间短、覆盖光谱宽等独特特性。从1981年碰撞脉冲锁模技术首次将激光脉冲持续时间推进到小于100飞秒以来,超快激光就像一把神奇的钥匙。

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超快激光通常是指脉冲宽度在皮秒(10^(-12)秒)、飞秒(10^(-15)秒)以及阿秒(10^(-18)秒)或更短量级的脉冲激光,具有峰值功率高、持续时间短、覆盖光谱宽等独特特性。从1981年碰撞脉冲锁模技术首次将激光脉冲持续时间推进到小于100飞秒以来,超快激光就像一把神奇的钥匙,为科学家不断打开新的研究领域。

华日激光:走超快激光 与“光”同行

武汉华日精密激光股份有限公司(以下简称“华日激光”)位于武汉光谷,是一家国家级专精特新“小巨人”企业,研发的百瓦毫焦飞秒激光器,不仅填补了国内技术空白,也打破了国外企业的技术壁垒,经过20多年的发展,华日激光已成为国内超快激光器领军企业。

超快激光成丝产生太赫兹波的研究

研究了超快激光脉冲成丝辐射太赫兹(Terahertz,THz)波。考虑到THz波在安全检查和国防建设等方面具有十分重要的意义,文中总结了超快激光成丝产生太赫兹波的物理机制和控制技术,并对各种相关理论和技术进行了分析。文章从理论模型、偏振特性和远场角分布情况等方面来介绍物理机制,并探讨为满足应用需求的控制技术,主要包括强度、偏振和波形控制。研究表明,超快激光成丝辐射太赫兹波的产生方式、理论模型和控制形式均有多种,其中理论模型主要包括四波混频模型和光电流模型,强度控制技术主要包括双色场泵浦和在光丝通道两侧施加偏压。

超快激光成丝现象的多丝控制

研究了强场超快激光脉冲在光学介质中传输引起的成丝现象。考虑无序的多丝降低了激光光束的光斑质量,影响了光丝的能量分布,限制了超快激光脉冲成丝在实际中的应用,本文介绍了目前对高功率超快激光脉冲在介质中传输时产生的多丝进行控制的方法,并对各种方法进行了分析和比较。研究表明,目前对于多丝的控制主要采用振幅调制或相位调制等方法,已实现了减弱或消除强度微扰与传输介质折射率扰动,可避免多丝间相互联系及能量的竞争,使多丝按照预想的空间图样排布,达到多丝控制的目的。文章指出,目前多丝控制存在的主要问题是还不能准确完成对多丝长度及间距位置的精确控制。

无序激光晶体及其超快激光研究进展

激光是受激辐射的光放大,所辐射的波长取决于增益介质中关键电子的能级结构,特别是其最外层电子的状态决定了可能实现的激光特性。激光发展60年来,激光晶体作为激光的重要激活材料,推动了激光技术的进步和普及,是一个研究历史长而又异常活跃的研究领域。当前,超短超强脉冲激光在加工、医疗、国防等关系国计民生的领域有重要需求,适合超短超强激光的激光晶体成为了本领域的研究热点,其关键是揭示最外层电子的影响因素及设计和生长具有宽波段发射性能的激光晶体。本论文从探讨影响激活离子光谱性能的关键因素出发,综述了以本课题组十余年研究的10余种无序激光晶体为主要部分的研究结果和进展,涉及晶体生长、晶体物理、激光器件设计及应用等工作,包含了高级、中级和低级对称性晶体及其获得的最短脉冲激光结果,希望能为本领域的后续研究提供一定的参考和借鉴。

光学性质对超快激光辐照下铜膜热响应的影响

在超快激光照射过程中,金属靶材的光学性质是动态变化的。采用双温模型与分子动力学结合法,考虑动态和常数光学性质两种情况,对不同脉宽的超快激光照射下铜薄膜的热响应进行了模拟研究。其中,常数光学性质包括由激光沉积能量相等计算得到的等效平均反射率和室温下的吸收系数。结果表明:两种情况下的电子温度和晶格温度均差别较小,尤其是脉宽远小于电子-晶格弛豫时间的飞秒激光;而当激光脉宽相当于或大于电子-晶格弛豫时间时,如皮秒激光,光学性质的动态变化对材料的熔化和重凝的影响则比较明显。

基于光纤拉伸器锁相实现两路超快激光相干偏振合成

超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相,并结合随机并行梯度下降(SPGD)算法,成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制,而且可有效降低系统的插入损耗,提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W,最高功率下合成效率为90.1%,闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明,采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统,在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs,压缩效率为73.3%,对应的单脉冲能量为3.99μJ。

超快激光辐照诱导金属钛的变化

为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制,开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现:随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级,被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差,最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂,微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加,金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。

超快激光制备金属表面微纳米抗反射结构进展

材料表面抗反射性能在太阳能利用、光电子产品、红外传感和成像、军事隐身、以及航空航天等领域均具有重要应用价值。文中对材料表面抗反射特性的重要用途、人工实现路径、表面抗反射结构的研究现状及存在的问题等做了详细的论述。目前，国内外学者已经利用碳纳米管涂层和硅表面针状纳米结构实现了优异的超宽波谱抗反射性能。但迄今为止，金属表面微纳米结构的抗反射能力仍有很大的改善空间。作者所在的清华大学材料学院激光加工研究团队运用新一代高功率高频率超快激光，在金属表面制备出多种类型的特征微纳米结构，对其抗反射性能进行系统研究，实现了紫外一可见、紫外一近红外、紫外一中红外与紫外一远红外分别为2％、6％、5％和8％的超宽光谱超低反射率，并且在0～60°入射角度范围内无明显变化。进一步在微纳米结构基础上发展了“宏一微纳一纳米线”多级多尺度复合结构，在16—17μm波长处的总反射率低至0．6％，在14—18μm波长处总反射率不超过3％。上述优异超宽光谱抗反射性能预期具有良好应用前景。

基于成丝效应的超快激光加工技术工业化应用研究之探析

激光成丝是超快激光在透明介质传输中的一种非线性光学现象,来源于光克尔效应引起的激光光束自聚焦与弱电离产生的等离子体散焦之间的动态平衡,对其超长传输物理特征非衍射性的调控在研发新一代超快激光材料加工技术上具有至关重要的作用。本文面向激光制造现代工程应用的发展需求,对基于光丝效应的激光高精加工研究现状进行了调研和总结,从激光成丝物理现象、基本机制和特征优势出发,介绍了超快激光在气、液及固体不同介质中光丝引导加工工艺的研发进展,对技术发展中的问题和前景进行了思考与分析。

半导体/介质纳米颗粒镶嵌材料的超快激光光谱学

报道了近年来半导体 /介质纳米颗粒镶嵌材料中超快过程的激光光谱学的主要测量方法和技术、探测结果、机理分析和我们的一些见解。

超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展

超快激光具有脉冲宽度短、峰值功率高的特点,相对于长脉冲对材料造成的热影响几乎为零,这使得利用超快激光加工材料逐渐受到科学界的重视。文中综述了超快激光辐照材料表面产生微纳结构的机理,总结了超快激光制备材料表面微纳结构的主要特点以及特殊性能的表现,针对超快激光加工不同种材料和采取不同种加工工艺两个方面进行论述,对材料表面结构的形貌形成、展现的性能及研究结论加以说明,并对各个工艺的优缺进行了讨论。最后对超快激光制备仿生功能表面和生物医学材料表面等最新发展趋势进行了总结,并对超快激光制备材料表面微纳结构在未来研究发展中会遇到的问题进行了展望。