全光纤超短脉冲掺铒光纤自相似放大系统研究

本文研究了1.5 μm波段基于全光纤结构的超短脉冲掺铒光纤自相似放大器。采用正常色散的掺铒增益光纤分析脉冲在放大过程中的自相似演化过程。实验将种子源输出的重复频率为44 MHz,脉冲宽度为797 fs的信号光经预放大级,用高增益正色散掺铒光纤将种子源输出的孤子脉冲整形成抛物线型脉冲,整形后的信号光通过主放大级使用双向泵浦方式将0.43 mW的种子光输出功率放大到60.14 mW,实现主放大级功率放大且光谱宽度为61.69 nm,脉冲宽度1.82 ps。最后经2.3 m长的普通单模光纤(SMF)进行压缩。最终实现了平均输出功率60.14 mW,脉冲宽度83 fs,峰值功率16.85 kW的高功率自相似超短脉冲输出。

300 MHz、139 fs全光纤超短脉冲激光器

高重复频率超短脉冲光纤激光器在高效加工、生物光学成像等方面具有广泛的应用价值。报道了基于非线性偏振演化效应的高重复频率、百飞秒、集成化光纤激光源。通过集成结构实现重频300.25 MHz、脉冲宽度139 fs的脉冲激光。在384.2 mW的平均泵浦功率下,该激光器连续工作12 h,光谱输出形状未发生变化。其中在6 h内,重复频率漂移量约为25 Hz。此外,该激光器在泵浦功率为512.8 mW时,可以实现自启动,因此,这种结构简单,高重复频率的超短脉冲锁模光纤激光器是一种具有广泛应用潜力的激光源。

超短脉冲激光在掺Er^(3+)磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er^(3+)磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱,成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源,系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明,在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下,写入脉冲能量为1.8μJ时,光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成;写入速度为40μm/s时,光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时,波导横截面对称性较好且折射率修改明显;近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称,导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布,结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^(-4).截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.

超短脉冲激光加工技术在半导体制造中的应用

随着集成电路高集成度、高性能的发展,对半导体制造技术提出更高要求。超短脉冲激光加工作为一种精密制造技术,正逐步成为半导体制造的重要工艺。阐述了超短脉冲激光加工技术特点和激光与材料相互作用过程,重点介绍了超快激光精密加工技术在硬脆半导体晶体切割、半导体晶圆划片中的应用,并提出相关技术提升方向。

光参量啁啾脉冲放大数值模拟平台中超短脉冲聚焦模拟算法

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)数值模拟平台研发涉及到光脉冲的展宽压缩、参量放大和聚焦输出等物理模型,针对其中的超短脉冲聚焦算法,本文推导给出了输出光场范围可调、并具备快速傅里叶算法的数学表达式,解决了传统菲涅尔远场衍射聚焦算法面临如何提高光场分辨率和保持各波长分量计算网格大小一致的难题,为后续直接进行时频逆变换、高效分析超短脉冲聚焦后的时空耦合特性提供了便利.数值仿真结果揭示出,超短脉冲聚焦场暗环区域表现出强烈的时空耦合特征.本算法已成功应用于OPCPA数值仿真平台研发中,可望在超短激光脉冲装置的优化设计工作中发挥重要作用.

超短脉冲Er:YAG激光对提高牙本质粘结强度最佳脉冲宽度的研究

目的探究超短脉冲Er:YAG激光对提高牙本质粘结强度的最佳脉冲宽度。方法选取50颗离体的第三磨牙在颈部按楔状缺损形态制备,取冠向面,将样本随机分为5组,G0组为空白对照组,G1~G4组,使用30 MJ,20 Hz Er:YAG激光处理,脉冲宽度分别设置为30、40、50、60μs。扫描电子显微镜(SEM)观察各组牙本质表面的形态学改变,并通过能量色散X射线光谱(EDX)检测各组钙磷比。通过冷热循环实验,以万能力学试验机测试各组剪切粘结强度(SBS)及体式显微镜下的断裂形式。评价不同脉宽值对提高牙本质粘结强度的影响。结果SEM观察牙本质表面经不同脉冲宽度激光处理后玷污层均去除,牙本质小管有不同程度的开放,经激光处理后牙本质表面钙磷比均上升,G2组激光处理前后的钙磷比值变化差异有统计学意义(P<0.05)。冷热循环实验后SBS平均值:G2>G3>G1>G4>G0,G2组与G0组、G1组、G3组和G4组组间差异有统计学意义(P<0.05);G0组与G1组、G2组、G3组和G4组组间差异有统计学意义(P<0.05)。各组断裂形式主要为类型1和类型3。结论30 MJ,20 Hz Er:YAG激光脉冲宽度设置为40μs可显著提高牙本质的粘结强度。

基于孤子自频移效应的超短脉冲波长连续调谐

作为光纤非线性效应中的一种,孤子自频移效应由于其特殊的脉冲自持性而成为光纤中超短脉冲波长调谐的有效方式。从理论计算和实验验证角度对光纤中的孤子自频移效应进行研究,基于广义非线性薛定谔方程对光纤中的孤子自频移效应进行仿真计算,通过测量超短脉冲在保偏光子晶体光纤输出端的光谱对其进行实验分析,理论和实验结果相符合,均表明基于孤子自频移效应的超短脉冲波长可以实现大于300 nm的光纤反常色散区连续调谐。

基于L-S广义热弹性理论YSZ在超短脉冲下的热力响应

基于L-S广义热弹性理论,考虑材料比热容随温度变化,建立了含有内热源的热弹耦合系统控制方程.利用有限元方法研究了氧化钇四方氧化锆(YSZ)在超短脉冲激光作用下的热力响应,获得了材料比热容随温度变化、激光的脉冲宽度等对热力响应的影响,以及机械波在材料中的反射.研究发现,多次脉冲作用下,材料的应力、位移曲线均出现波动,力学响应对加热更加敏感,比热容随温度变化会导致热力响应降低,该研究对提高超短脉冲激光加工质量具有重要的指导作用.

超短脉冲激光加工碳纤维复合材料研究进展

超短脉冲激光加工作为一种非接触式的特种加工方法,利用高功率密度的聚焦激光束烧蚀碳纤维增强复合材料(CFRP)表面,实现高精密加工,有望解决传统机械加工工艺造成的刀具损坏、残余应力和表面质量差等问题。因此,本文综述了近些年超短脉冲激光加工CFRP的研究进展。首先梳理了超短脉冲激光加工CFRP的加工机理,其中包括了材料去除机理、相互作用过程机理和对激光的吸收与反射机理。其次,着重阐述了热影响区和锥度这两类缺陷,分析了缺陷的形成原因,并提出了相应抑制方法。本文对超短脉冲激光加工CFRP的理论研究具备一定借鉴意义。

基于光参量过程直接产生高重频超短脉冲序列

论证了单晶体光参量放大(OPA)过程在特定边界条件下满足频域宇称-时间(PT)反对称性。归一化的数值求解结果显示,OPA系统PT对称阈值点附近呈现增益跃变性质。对于存在位相失配的OPA,通过实时调控泵浦光强,即可控制系统PT对称性,论文基于相位失配OPA中可超快调控PT对称性的特性构建了超快光开关,一方面光开关与周期性幅度调制的泵浦光联合使用,可直接将连续激光转换为超短脉冲序列输出;另一方面,构建的光开关也可用于脉冲激光再压缩,有望用于中红外波等长波段超短种子源。论文提出的基于超快光开关直接产生超短脉冲序列的方案,由于不需要光学谐振腔,易于实现大于10 GHz的超高重复频率。

高功率紫外超短脉冲激光

建立了国内第一台桌面高功率紫外超短脉冲激光系统。采用放电泵浦KrF准分子激光器、离轴放大技术 ,将能量 1mJ的 2 48nm紫外超短脉冲激光放大到 5 0mJ,利用棱镜对进行群速度色散补偿 ,将激光脉冲宽度由 42 0fs压缩到 2 2 0fs,用焦距为 40cm的透镜将放大后的超短脉冲激光聚焦到焦斑 5 μm ,功率密度达到 1 0 17W/cm2 。

超短脉冲通过拼接光栅的远场分析

从惠更斯-菲涅耳原理出发,得到了含有色差项的1/4圆光束在焦平面上的光场积分表达式(对于光束口径),以及具有不同相位延迟的4束1/4圆光束相干叠加后的光场表达式,并建立了该相干叠加场的远场的数学模型,并对光束口径为10 cm,焦距为200 cm,脉宽1 ps的实例进行了模拟,得到了单光束、4个子光束间无相差和存在相位差三种情况下的远场强度分布图。结果表明,单束1/4圆光束的远场不再中心对称,而是轴对称;当子光束间存在π相位差时远场将出现明显的焦斑分裂,因此光栅拼接应将束间相差控制在远小于π的水平上。

500fs超短脉冲激光对CCD探测器的破坏效应

采用脉宽500 fs,脉冲能量250μJ的超短脉冲激光辐照线阵CCD探测器,观察到了CCD从线性响应到像元饱和、饱和串音直至硬损伤的整个过程,并着重对两种辐照能量密度下的硬损伤机理进行了理论分析。结果表明:激光能量密度为0.45μJ/cm2时,达到像元饱和;能量密度为0.14 J/cm2时,辐照6个脉冲后实现了CCD器件的硬损伤,硬损伤源于晶格被加热并汽化形成等离子体;能量密度为1.41 J/cm2时,单个脉冲就使CCD器件的输出波形无法辨认,2个脉冲后CCD器件没有任何信号输出,硬破坏源于电荷分离形成的电场库仑力。

钛宝石超短脉冲放大过程中的增益窄化效应

本文研究超短脉冲的放大过程中产生的一个很重要的非线性效应──脉冲频谱的增益窄化效应（Ｇａｉｎ Ｎａｒｒｏｗｉｎｇ）．分析了它的产生机理，同时指出了增益窄化效应在制约由于自相位调制效应引起的脉冲频谱展宽现象时所起的脉冲整形作用，得出了决定这种整形效果的种子脉冲参数和对放大器性能的要求．

超短脉冲电流微细电解加工技术研究

利用电化学腐蚀方法,在自制的电解加工机床上连续实现微细工具电极的制作和工件的加工,通过试验研究了超短脉冲的电压幅值和脉冲宽度对侧面加工间隙的影响。结果表明,减小脉冲宽度,降低加工电压,可以提高微细电解加工的精度。利用优化的加工参数,进行了微小孔加工、微细直写加工以及成形电极微细加工的实验。

超短脉冲激光辐照下金属薄膜的热行为

对双温模型的重要热学参量电子热容、电子弛豫时间、电子热导率进行量子化处理,使双温模型能适用于自由电子温度比较高的情况.利用前向差分算法,数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型,所得的结果更接近实验值.经过分析得出:1)薄膜前表面自由电子温度达到最大值的时间约为0.27 ps,得到的损伤阈值与实验值符合较好.2)电子热容对电子温升规律影响非常大.电子热导率对自由电子温升规律也有较大的影响.3)在趋肤层内自由电子温升非常快,不同厚度自由电子温度达到最大值所需的时间延迟不明显.趋肤层以下自由电子温度升高较慢,不同厚度自由电子达到最大值所需的时间延迟明显.

高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数,对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于,对不同性能的激光系统,无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法,讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

用 2D3VPIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像 ,并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生 ,并诊断了离子能谱。模拟结果表明 ,在靶前表面所产生的高能离子 ,角分布较大 ,在向靶内输运过程中会损失能量 ;在靶后表面产生的高能离子 ,定向性很好 ,能获得很高的能量。

含自频移啁啾超短脉冲间相互作用的数值研究

采用拟解法给出了Ginzberg—Landau方程类孤波解的参数表达式 .通过数值模拟对啁啾超短脉冲间的相互作用进行了研究 .结果表明 ,随着相邻孤子间距离的减小 ,它们之间的相互作用变得越来越严重 .传统的不等振幅法在一定程度上可以抑制孤子间的相互作用 ,通过选取合适的振幅比 ,找到了相邻孤子间相互作用平衡的最小距离 ,这对提高光纤传输的比特率具有十分重要的意义 .讨论了多孤子间的相互作用 。

超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤效应

太阳能是未来的主要能源之一,关于太阳能电池的研究也逐渐成为热点。长期以来,人们对太阳能电池的高能粒子辐射特性进行了广泛的研究,对其激光辐照损伤特性的研究却很少。随着光电对抗技术的发展,对这方面的研究需求也越来越迫切。研究了532 nm、20 ns和300 ps脉冲激光对单晶硅太阳能电池的辐照效应,分析了超短脉冲激光对单晶硅太阳能电池的损伤机理。对比了超短脉冲激光和长脉冲激光、连续激光的损伤机理的异同。阐述了在激光单脉冲能量一定的情况下,损伤效果与脉宽和重频的关系。通过分析,指出了太阳能电池损伤的主因,激光对太阳能电池的破坏主要是依靠热效应。