超快自旋动力学:从飞秒磁学到阿秒磁学

超快自旋动力学是研究材料受到外场激发后,在皮秒至阿秒时间尺度下其自旋的运动行为.随着激光技术的不断提升,1996年开始的飞秒磁学成为磁学中的重要研究领域,是实现更快响应的新型自旋电子学器件的重要技术途径.尽管已有几十年的历史,飞秒磁学依旧存在着非常多的物理问题尚未解决,而理解这些问题需要研究更快时间尺度下的自旋动力学过程.利用阿秒激光脉冲与磁性材料的相互作用,可研究亚飞秒乃至阿秒时间尺度下、元素分辨的自旋动力学行为,即阿秒磁学.本文介绍了超快自旋动力学近年来的一些重要研究进展以及存在的问题,阿秒磁学研究的机遇与挑战,并对超快自旋动力学的未来发展趋势及前景进行分析与展望.

扫秒式和跳秒式石英钟机芯声发射时频信号分析

噪声是评价和改进石英钟机芯内部结构及其材料特性的重要指标,传统的分贝仪无法分析机芯噪声时频特性.该文利用声发射技术检测扫秒式和跳秒式机芯的噪声特征,并对两种机芯的声发射信号进行时域和频域特征分析.研究结果表明,与跳秒式机芯相比,扫秒式机芯的上升时间、振铃计数值、能量、幅值、RMS、ASL约分别是其的1.6倍、7.24倍、0.001 9倍、0.74倍、0.043倍和0.59倍;扫秒式机芯声发射时域信号不规则,而跳秒式机芯声发射信号振幅规则且信号强度大;扫秒式机芯功率谱峰值主要在高频段,跳秒式机芯功率谱峰值在低频段且功率损耗更大;经小波分析后,跳秒式机芯声发射时频信号波形呈规则对称分布的橄榄状,而扫秒式机芯声发射时频信号波形呈不对称与不规则特征.声发射信号时频分析可为改进机芯性能提供理论参考依据.

高重频飞秒激光诱导磁性镍薄膜产生LIPSS的研究

飞秒激光诱导周期性表面结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS)是使用线偏振激光作用于材料时最常见的一种表面形貌,一直被研究人员广泛关注,但是在磁性薄膜上诱导产生LIPSS的研究仍相对较少,因此研究高重频飞秒激光作用于磁性薄膜材料后材料磁学性质的变化是十分必要的。实验使用中心波长1030 nm、脉冲宽度300 fs、重复频率100 kHz的飞秒激光在厚度为100 nm的镍薄膜上进行线扫描,诱导产生了LIPSS。光学显微镜和电子显微镜图像显示,在高重频飞秒激光的热效应影响下,LIPSS条纹的周期测量值约为989 nm。通过X射线衍射仪和超导量子干涉仪对写有周期性LIPSS结构的样品进行测试并分析,证明了产生LIPSS过程中导致的材料原子重组并没有改变镍膜的颗粒大小和组成成分,飞秒激光作用后的磁性材料的饱和磁化强度也基本与原样保持一致,但其矫顽力发生了明显的变化,笔者认为这是由于加工过程中喷溅出的极少量反铁磁氧化镍颗粒产生的钉扎效应所导致的。

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术治疗中度、高度近视的优势研究

目的 分析飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)治疗中度、高度近视的优势。方法 回顾性分析2023年5月至2023年10月在本院行飞秒激光术治疗的100例中度、高度近视患者临床资料,根据术式将患者分为两组,行飞秒激光辅助的原位角膜磨镶术(FS-LASIK)者为A组(49例98眼),行SMILE者为B组(51例102眼)。分别比较两组中度、高度近视患者不同术式治疗后角膜形态、视觉质量参数、眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值、眼部舒适度评分(Kolcaba评分)、眼部视觉模拟评分量表评分(VAS评分)的差异。结果 (1)两组中度、高度近视患者术后3个月,角膜后表面曲率、角膜后表面顶点高度、非球面因子Q值差异无统计学意义(P>0.05)。(2)术后1、7 d,两组Z_(3)^(1)、Z_(3)^(-1)比较差异无统计学意义(P>0.05);但B组角膜前表面高阶像差、Z_(4)^(0)均低于A组(P<0.05)。B组中度、高度近视患者术后角膜前表面高阶像差、Z_(4)^(0)均低于A组(P<0.05);两组术后Z_(3)^(1)、Z_(3)^(-1)比较差异无统计学意义(P>0.05)。(3)两组中度、高度近视患者术后3个月眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值差异均无统计学意义(P>0.05)。(4)术后3个月,两组中度、高度近视患者眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值、Kolcaba评分、VAS评分差异均无统计学意义(P>0.05)。结论 FS-LASIK、SMILE手术治疗均可实现对中度、高度近视患者屈光矫正效果,治疗后均可获得稳定角膜表面形态,患者主观眼部感受均良好,但SMILE术后短期内视觉质量提升优势显著。

高重频飞秒激光高效加工太赫兹滤波器核心结构

高频太赫兹滤波器的核心结构具备跨尺度、大去除量、高精度等特点,为实现核心结构高效精密加工,加工技术的选择尤为重要。与常见的机械加工、光刻工艺、MEMS等技术相比,飞秒激光加工技术具有材料普适性强、流程简单、可实现薄壁结构精密加工等优点。以中心频率850 GHz的太赫兹滤波器核心结构设计为输入,利用飞秒激光加工技术开展太赫兹滤波器核心结构的加工实验研究。考虑到低重频飞秒激光不满足高效加工的实际要求,选择高重频飞秒激光作为加工光源,在加工策略精准设计和加工参数精准优化的条件下,实现了高频太赫兹滤波器核心结构的高效精密加工。研究结果表明,高重频飞秒激光加工的太赫兹滤波器,其中心频率测试值与设计值接近。因此,高重频飞秒激光加工技术成为太赫兹滤波器核心结构加工的可选手段。

飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

目的揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律。方法通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究RB-SiC表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理。采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为。结果激光能量密度在0.62~10.48 J/cm^(2)时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm。随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长。有效脉冲数在69~1379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量。随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由Si、SiC和非晶态SiO_(2)构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层。结论降低激光能量密度能够减少RB-SiC表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性。增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异。

飞秒激光选区微织构AlN超浸润平板热管

目的为了提升AlN基板的散热性能,研究嵌入式一体化AlN平板热管的激光加工方法。方法通过飞秒激光微织构技术结合热处理工艺制备出AlN亲疏水组合表面,并组装嵌入式一体化平板热管,测试其传热性能。通过三维表面轮廓仪、SEM、EDS和XPS分别分析表面的三维轮廓、形貌、元素含量和化学成分,研究表面亲、疏水的形成机理。结果楔形亲疏组合AlN平板热管的启动时间、启动温度均最低,相较于全超亲水样品,启动时间降低了14.9%,启动温度降低了6.0%。楔形亲疏组合热管的热阻最低,热流密度最高。相较于全亲水热管,热阻降低了33%,热流密度提升了2%。结论AlN陶瓷表面经过激光织构会产生AlOx(多价铝氧化物),具有较高的表面能,呈超亲水状态。热处理能使表面充分氧化,降低表面能,呈超疏水状态。嵌入一体化AlN平板热管的设计和无化学激光选区微织构方法,为电子陶瓷基板的散热提供了一种新思路。

飞秒激光表面织构化对CFRP/2060铝锂合金高速激光连接接头剪切性能的影响

激光表面织构化作为提高异质结构接头剪切性能的有效手段,已广泛应用于碳纤维增强复合材料(CFRP)与金属材料激光连接领域中。采用波长515 nm的飞秒激光在2060铝锂合金表面制备微结构,采用能量密度分布均匀的矩形光斑实现CFRP和2060铝锂合金异质接头的高速光纤激光连接,探讨飞秒激光刻蚀深度、扫描线间距对异质结构接头剪切强度的影响规律。结果表明,通过飞秒激光织构化处理,异质接头剪切强度得到了大幅提升,接头破坏形式均为界面断裂和基体断裂的混合断裂模式。在激光功率5 kW、焊接速度高达3.6 m/min条件下,接头平均剪切强度可达35.7 MPa,是未经飞秒激光织构化接头的2.3倍。

气流对飞秒激光加工炸药装药过程的热安全性影响分析

由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点,在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时,极有可能在炸药内形成热累积,从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应,人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下,炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化,建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型,对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下,飞秒激光加工奥克托今(HMX)炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明:单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流,导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动,加重了烧蚀产物对炸药的热影响;双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流,从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面,有效降低了炸药的温度,提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。

多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药过程的热响应

为分析多脉冲飞秒激光切割加工炸药过程的安全性,建立多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药的二维数值计算模型,对飞秒激光切割加工HMX、TATB、RDX和TNT 4种炸药装药的情况进行数值计算,获得不同加工状况下炸药装药的热响应规律。实验结果表明:飞秒激光切割加工炸药装药过程中,当激光光斑的移动速度为80~300 mm/min时,4种炸药均未发生点火,反应光斑移动速度越慢,热累积效应越明显,且HMX相比其他3种炸药,动态分析区内HMX的热累积效应最明显;当激光重复频率和能量分别为0.1~200 kHz和50~200μJ/pulse时,提高飞秒激光的重复频率和能量对切割速率提升效果呈先上升后降低趋势;飞秒激光对炸药装药的切割加工速率和安全性,会受到炸药的性能参数的影响,切割速率与炸药的激光吸收系数呈正相关,切割安全性与炸药的热感度呈负相关。

飞秒激光作用TATB的大尺寸分子动力学模拟

深入认识炸药在飞秒激光作用下的快速化学反应机制和热力响应特征,是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。采用分子动力学方法,基于ReaxFF/lg反应力场,对不同飞秒激光能量作用于三氨基三硝基苯(TATB)炸药的过程进行亚微米级大尺寸反应分子动力学模拟,考虑炸药对飞秒激光的非线性吸收过程,分析炸药烧蚀去除机制、产物演化和热力响应规律。计算结果表明:不同强度的飞秒激光对TATB的烧蚀去除机制不同,当激光强度为6.79×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生等离子体烧蚀,产物以小分子或等离子体为主;当激光强度为3.39×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生不完全反应,产物以大分子或团簇为主;当激光强度为1.69×10^(17) W/m^(2)时,TATB发生光机械烧蚀,以完整分子形式被剥离去除;激光强度越高,烧蚀产物的温度和粒子速度越高,对烧蚀区周围的热力响应越严重,有引发点火的风险。

基于飞秒激光与纳秒激光协同多光子诱导荧光的火焰中氢原子瞬态检测

为了准确测量碳氢燃料燃烧过程中原位氢原子,提出了飞秒-纳秒激光协同激发的氢原子瞬态在线探测策略。以243 nm的飞秒激光经过双光子过程将基态氢原子激发到2S能级,随后这些氢原子再被656 nm的纳秒激光激发到3P能级,通过探测3P-2S的荧光发射,实现了宽当量比范围的氢原子无干扰瞬态在线测量。实验结果表明:通过飞秒-纳秒协同的方式,可以有效降低激光光解产生的氢原子对原位氢原子探测的干扰。

飞秒激光辅助白内障手术矫正角膜散光的研究进展

白内障手术中矫正散光的方法目前主要包括角膜松解术和散光矫正型人工晶状体植入术。随着飞秒激光辅助白内障手术(femtosecond laser-assisted cataract surgery, FLACS)在临床中应用越来越广泛,飞秒激光辅助白内障手术的可预测性和准确性使白内障手术中矫正散光的疗效得到了进一步的提升。本文就飞秒激光辅助白内障手术在角膜散光矫正中的应用进行综述,以期为眼科医师在白内障手术中角膜散光矫正术式的选择提供帮助。

飞秒激光直写Nd:YVO4晶体包层波导激光

采用飞秒激光(500 kHz重复频率)直写技术,在Nd:YVO4晶体中制备了埋藏晶体表面以下的包层光波导.具体研究了脉冲能量、深度、扫描速度和飞秒激光偏振等写入条件对光波导性能的影响.1.06μm波长的激光在光波导中传播时,光波导的插入损耗低至2.4 dB.利用808 nm波长的激光泵浦,在室温下实现了1064 nm波长发射的连续波导激光器.对不同直径的光波导,均实现了多模光波导和波导激光.直径为60μm的波导产生的最大输出功率为143 mW,斜率效率为21.3%.利用微拉曼光谱对光波导进行了表征,激光直写轨迹处晶格被破坏,伴随折射率降低.

随机误差传递的高空气象秒级数据快速校验方法

【目的】为保证气象预报结果的准确性。【方法】提出了考虑随机误差传递的高空气象秒级数据快速校验方法。对高空气象秒级数据进行预处理,包括数据中心化处理、特征点提取。数据中心化的处理方式为实施各组数据的加权平均处理,获得新的数据组作为基准数据;特征点提取使用的处理方法为遍历法,需要遍历全部数据点。考虑数据获取过程中的随机误差传递情况,对预处理后的高空气象秒级数据实施空间一致性检查、内部一致性检查。应用集合经验模态分解EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition)算法与对比源反演CSI(Contrast Source Inversion)算法构建基于CSI-EEMD的高空气象秒级数据快速校验模型,实施数据得到快速校验。【结果】测试结果表明,该方法能够实现4个气象站数据的快速校验,校验结果的均方根误差与平均绝对误差均低于0.1,实现了数据的质量控制。【结论】将该方法应用于气象站数据校验中,可以实现精准度的数据校验,具有一定的实用价值。

飞秒激光辅助下超声乳化术、普通白内障超声乳化术对年龄相关性白内障患者眼内压及最佳矫正视力、视盘区血流密度的影响

目的比较飞秒激光辅助下超声乳化术(FLACS)、普通白内障超声乳化术(CPCS)在年龄相关性白内障(ARC)患者中的效果。方法选取2021年7月至2023年7月南昌爱尔眼科医院收治的70例ARC患者作为研究对象,按随机数字表法分为对照组(35例)、观察组(35例)。对照组行CPCS,观察组行FLACS,两组术后均随访3个月。比较两组的手术相关指标、眼内压、黄斑中心凹厚度(CMT)、最佳矫正视力(BCVA)、视盘区血流密度、并发症等。结果观察组的超声乳化时间为(14.57±2.30)min,短于对照组的(22.49±3.58)min,观察组的超声乳化能量为(5.39±1.20)ml,低于对照组的(11.33±2.15)ml,观察组的并发症总发生率为5.71%(2/35),低于对照组的22.86%(8/35),差异有统计学意义(P<0.05)。重复测量方差分析结果显示,两组患者术前,术后1 d,术后1周,术后1、3个月BCVA的时间、组间比较,差异有统计学意义(P<0.05),交互作用比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组患者术后1 d,术后1周,术后1、3个月的BCVA均高于本组术前,差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者手术前后各时间点眼内压、CMT、视盘旁血流密度、视盘内血流密度的时间、组间、交互作用比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论FLACS具有更短的超声乳化时间,更少的乳化能量,其可提升视力,且不会加重对眼压、视盘区血流密度与CMT的影响,并发症较少。

飞秒激光制瓣联合准分子激光个体化切削术治疗近视合并中高度散光的临床效果

目的分析近视合并中高度散光患者临床上采用飞秒激光制瓣准分子激光个体化切削治疗的疗效。方法将漯河市第三人民医院收治的96例(121眼)近视合并中高度散光患者分为两组,每组48例,试验组62眼行飞秒激光制瓣准分子激光个体化切削治疗,对照组59眼行准分子激光原位角膜镶磨术治疗。结果试验组、对照组术后1 d裸眼视力≥1.0的比率分别为96.77%、77.97%,术后90 d裸眼视力≥1.0的比率分别为100.00%、89.83%,术后90 d裸眼视力≥1.2的比率分别为93.55%、64.41%,术后未残留散光比率分别为56.45%、28.81%(P<0.05);试验组术后屈光度球镜为(0.10±0.04)D、散光度为(0.15±0.19)D、裸眼视力为(1.00±0.13),与对照组[(0.20±0.06)D、(0.65±0.21)D、(0.70±0.18)]比较,差异有统计学意义(P<0.05);试验组术后球差(0.29±0.12)μm、彗差(0.25±0.08)μm及高阶像差(0.59±0.14)μm均小于对照组[(0.42±0.16)μm、(0.40±0.11)μm、(0.90±0.18)μm](P<0.05);试验组术后并发症总发生率(3.23%)低于对照组(13.56%)(P<0.05)。结论飞秒激光制瓣准分子激光个体化切削术可提高近视及散光的矫正效果,像差变化小,术后并发症少。

全飞秒激光近视手术治疗病人术前固视训练依从性预测模型的建立与验证

目的:探讨全飞秒激光近视手术治疗病人术前固视训练依从性的影响因素,构建列线图预测模型并验证。方法:采用便利抽样法,选取2022年1月-2023年3月收治的全飞秒激光近视手术治疗病人345例,按入组先后顺序将前70%的病人设为建模组(242例),后30%的病人设为验证组(103例)。收集病人一般资料,采用自制的固视训练知信行问卷、中文版一般自我效能感量表、自制的病人固视训练依从性量表对病人进行调查。采用Logistic回归分析筛选固视训练依从性危险因素,通过R软件构建列线图模型并验证。结果:345例全飞秒激光近视手术治疗病人中,108例(31.30%)术前固视训练依从性差。建模组多因素Logistic回归分析显示,年龄、工作状态、知信行评分、自我效能评分是全飞秒激光近视手术治疗病人术前固视训练依从性的影响因素(均P<0.05)。列线图模型验证结果显示,AUC为0.793,95%CI(0.734,0.852);Calibration校准曲线中理想曲线与实际曲线走势基本一致,斜率接近1。结论:构建的全飞秒激光近视手术治疗病人术前固视训练依从性风险预测列线图模型具有良好的区分度、预测精准度,可用于评估全飞秒激光近视手术治疗病人术前固视训练依从性差的风险,利于及早采取干预措施提高病人的训练依从性。

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术治疗近视性屈光参差

目的:探讨飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)治疗近视性屈光参差的临床效果。方法:回顾性分析2021-01/2022-12于本院行SMILE或FS-LASIK治疗的近视性屈光参差患者76例146眼的临床资料,根据手术方式分为SMILE组(39例77眼)和FS-LASIK组(37例69眼)。比较两组患者术后1 wk,1、3 mo裸眼视力(UCVA)、屈光度、屈光参差度、角膜像差及术后并发症发生情况。结果:两组患者术后UCVA均较术前改善,彗差、三叶草、球差、总高阶像差均较术前显著增加(P<0.05),且FS-LASIK组患者彗差、三叶草、球差、总高阶像差显著高于SMILE组(P<0.05)。随访至术后3mo,SMILE组术后并发症发生率显著低于FS-LASIK组(5.2%vs 15.9%,P<0.05)。结论:SMILE与FS-LASIK均可有效提高近视性屈光参差患者UCVA,改善视觉质量,但SMILE术后角膜高阶像差更低、并发症发生率更小,整体效果更好。

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术术后并发症

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)是一种用于治疗屈光不正的无瓣飞秒激光辅助屈光手术。自2011年首次发表关于SMILE手术的研究以来,这种微创屈光手术因其无需制作角膜瓣,从而避免了相关并发症,已经迅速在眼科界受到青睐。此项创新性技术的优势包括:对角膜生物力学影响小、降低干眼风险以及减少基质层暴露。其在治疗近视和近视散光方面具有稳定性、安全性和有效性。尽管具有诸多优势,但该技术的实施仍具挑战性,并可能有各种术后并发症,如:干眼、感染性角膜炎、弥漫性板层角膜炎、暂时性光敏感综合征、角膜扩张、压力诱导层间基质角膜、角膜上皮内生、视觉相关变化等。为了获得最佳的屈光效果,应早期识别和适当的处理相关并发症。文章对SMILE术后各种并发症的危险因素、临床特点、处理及预防作一综述。