飞秒激光与宽带隙材料相互作用机理研究

应用处于近红外区域波段的飞秒激光对宽带隙材料SiC的烧蚀机理及其相互作用过程进行了研究。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、表面粗糙度轮廓仪(Talysurf)和光学显微镜(OM)等分析技术对烧蚀区和未烧蚀区的表面微观形貌进行了检测和评价。不仅在烧蚀表面观察到了烧蚀区、定向波纹区和改性区等不同形貌特征,而且对加工阶段进行分离,并求出加工SiC时强烧蚀和弱烧蚀的阈值分别为0.13 J/cm2和0.61 J/cm2。根据实验结果得到了加工参数与烧蚀形貌之间的映射关系,发现入射激光的能量是决定材料去除方式的关键参数。

飞秒激光-物质相互作用产生K_α X射线(英文)

用无色散X射线谱仪分别在靶前后测量了飞秒激光辐照铜箔产生的KαX射线,获得了能量转换效率。入射激光脉冲宽度33 fs,能量在50 mJ^5 J,强度1017~1019W/cm2。靶后发射的KαX射线强度随入射激光能量的增加而增加,其单色性较靶前好。采用100μm厚靶,其能量转换率为2.2×10-5。

飞秒激光加工中等离子体超快动力学过程观测及烧蚀机理研究

飞秒激光加工技术作为一种重要的微纳制造手段,已经在攻克某些国家重大工程中的制造共性挑战提供了关键技术,是高端制造前沿之一。但是由于其超快、超强的特性,飞秒激光加工过程是一个非线性、非平衡、多尺度的复杂物理化学过程,与传统激光加工过程有显著差别,仍需要深入探究。本论文针对飞秒激光加工中尚存在的难点问题,设计并搭建了超快时间分辨泵浦探测系统,对飞秒激光加工中的等离子体超快动力学过程进行深入研究。基于该系统,本论文测量了飞秒激光加工中的等离子体自由电子密度和自由电子弛豫时间.

飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理

超短脉冲激光微加工技术以其独特的优势,尤其是对硬脆难加工类宽带隙材料的精密处理,而使其成为微结构加工中的研究热点。利用飞秒激光微加工系统对宽带隙材料SiC的烧蚀特性进行理论和试验研究。应用扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜等检测技术对样品的烧蚀形貌进行检测,以分析烧蚀区域的形貌特征及微结构质量。依据烧蚀孔径和入射脉冲激光能量之间的函数关系,得出SiC材料的烧蚀阈值为0.31J/cm2,并估算出光束的束腰半径为32μm。研究脉冲数目、重复频率和入射激光功率等对加工微结构形貌的影响规律,根据试验参数加工出形状规则的微孔结构,并对微结构的烧蚀形貌及材料的去除机理进行分析,为实现微结构的精密加工提供了重要的指导。

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示:在较低的能段,超热电子能谱先是呈现一个局部的平台,然后迅速衰减,呈现非类麦克斯韦分布,这是由于几种加热机制共同作用,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速;在较高的能段,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度,其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。

激光与液态物质相互作用机理的研究进展

综述了强激光与液态物质相互作用机理的研究进展和现况。阐述了激光诱导液态物质产生的击穿现象及其伴随着热、声、机械等效应的物理过程。介绍了该机制在工业、医学等应用领域中的重要意义和理论价值。

凝聚态物质的近红外飞秒激光微纳制备

利用近红外飞秒激光脉冲对玻璃和聚合物等透明凝聚态物质进行微纳制备.通过飞秒激光诱导的折射率变化在石英玻璃内部制备光栅等折射率型元器件;从后表面开始钻孔并引入蒸馏水,在钠钙玻璃中加工出纵横比很大的微细直孔;改变飞秒双光子聚合中激光焦点在样品中的位置,聚合出直线型和波浪型等不同形状的线条.

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为 12 0fs,波长为 80 0nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照 ,经过激光辐照后材料呈暗黑色 ,在辐照区域的边缘发现有微裂纹 ,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹。通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围 (HAZ)及材料所达到的最高温度。发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系。材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰 ,并对其产生原因进行了分析。

相对论飞秒激光辐照表面调制靶产生高定向性正电子束

激光驱动的正电子源具有高产额、短脉宽、高能量的优点。采用粒子模拟和蒙特卡罗模拟相结合的方法,对相对论飞秒激光与表面具有微米丝阵结构的调制靶相互作用产生正电子束的过程进行了全三维的模拟研究。结果表明,在激光能量约3.2 J、脉宽约为40 fs的情况下,可得到产额为1011量级、最大能量达120 MeV的超热电子束,其轰击高Z转换靶可达到产额为109量级、截止能量约50 MeV的正电子,且正电子的发散角仅为4.92°。相比于平板靶,表面调制靶的使用可以提高正电子的产额、能量和定向性。

飞秒激光高质量高深径比微孔加工机理及其在线观测

点火工程为我国十六个国家重大专项之一，而靶球微孔制造是其中最关键环节之一。其加工存在大量挑战（如孔径小而深径比大、孔型质量要求高、极小化重铸层／溅射物／腔内残留物）。飞秒激光以其超快、超强的独特性质，带来了全新的制造机理。

飞秒激光改性硅材料的物理机理及其性质研究

随着激光技术的不断发展,激光加工在工业生产中得到了十分广泛的应用,例如常见的激光打孔、激光焊接、激光切割以及微纳加工、材料表面的处理以及改性等,激光加工不仅具有精度较高的特点,而且激光加工的速度很快,最大的应用优点是可以适应于不同的加工材料中,激光加工技术对于硬度以及熔点特别高的材料也能够进行不断加工处理。

圆偏振涡旋激光脉冲驱动等离子体产生飞秒磁脉冲的研究

飞秒磁场脉冲对研究超快磁化、超快退磁、超快磁存储和自旋超快动力学等过程具有重要意义。传统的脉冲磁场受限于脉冲电源性能无法获得毫秒量级以下的超短脉冲磁场,无法研究飞秒尺度的磁动力学过程。利用超短脉冲激光驱动等离子体产生旋转电流是目前产生飞秒磁场脉冲的有效方法。本文利用质点网格法模拟圆偏振拉盖尔高斯光束驱动等离子体中的电子运动从而产生光电流以及飞秒磁脉冲的过程,模拟产生了特斯拉量级的飞秒超短磁脉冲,并系统讨论了驱动激光强度与等离子体密度对磁脉冲的影响。结果表明,脉冲磁场的脉宽与驱动光一致,其强度随着激光场强度、等离子体密度增加而增加。通过本文研究寻找产生飞秒磁脉冲的优化实验参数,有望将超快磁动力学研究推进到飞秒时间尺度。

飞秒激光诱变微生物技术及其机理的研究进展

飞秒激光诱变微生物是一项崭新的技术。本文针对传统低功率He-Ne激光诱变微生物的优点和缺点,结合飞秒激光光束脉冲持续时间短、瞬时功率大、聚焦尺寸小的优点,简要概括了国内外对飞秒激光诱变微生物技术的研究。同时对飞秒激光辐射微生物过程中多光子吸收、形成等离子体、产生生物活性氧、DNA损伤自身修复等一系列的机理研究进行了总结。最后,对飞秒激光诱变微生物技术及其机理研究进行了展望并提出了建议:结合关键酶活性测定和动力学参数测定来选择飞秒激光诱变的技术参数。

高重复频率飞秒激光对面阵CCD的干扰和破坏

采用800 nm,100 fs的超短脉冲激光器对硅面阵CCD进行辐照实验,观测到饱和、串扰以及永久性损伤等多种可能造成成像器件失效的现象,特别是在激光能量较高时,发现CCD在成像时出现了黑白屏的现象。在飞秒激光器以1,10和1000 Hz工作的条件下,分别测量了硅面阵CCD的饱和阈值、串扰阈值和破坏阈值。对破坏后的CCD器件进行了显微分析。在1 kHz工作的条件下进行了视场外干扰实验,观察到串扰和全屏饱和的现象。

飞秒激光剥蚀-多接收电感耦合等离子质谱原位微区分析青铜中铅同位素组成-以古铜钱币为例

建立了飞秒激光剥蚀-多接收电感耦合等离子质谱(fLA-MC-ICPMS)铅同位素原位微区分析方法,分别利用溶液法(SN-MC-ICPMS)和激光剥蚀法(fLA-MC-ICPMS)对15个铜(黄铜,青铜)国家标准物质进行了实验分析,测试的结果表明CuPb12(GBW02137)中Pb同位素组成非常均一,可作为以铜为基体的青铜、黄铜及铜矿中Pb同位素原位微区分析的外部参考物质。对CuPb12进行了112次fLA-MC-ICPMS Pb同位素分析测试,其加权平均值与溶液法测定的Pb同位素比值在2σ误差范围内完全一致,208 Pb/204 Pb和207Pb/206Pb比值的内部精度RSE分别小于90和40ppm,外部精度RSD分别小于60和30ppm。利用本实验室建立的fLA-MC-ICPMS分析方法对13个古铜钱币中Pb同位素进行了原位微区无损伤分析,测试结果表明,不同朝代古钱币中Pb同位素组成差异较大,即使同一朝代的古钱币其Pb同位素组成也不尽相同。

面阵CCD相机的飞秒激光损伤分析

研究了飞秒激光对CCD相机的干扰和损伤效应。采用波长为800 nm,脉宽为100 fs,单脉冲能量为500μJ的脉冲激光辐照行间转移型面阵CCD相机,测量了飞秒激光对CCD相机的损伤阈值。在逐步提高到达CCD靶面能量的过程中观察点损伤、线损伤和全靶面损伤等实验现象,得到了点损伤阈值为151.2 mJ/cm2,线损伤阈值为508.2 mJ/cm2,全靶面损伤阈值为5.91 J/cm2。测量了CCD在不同损伤情况下时钟信号线间及其与地间的电阻值,通过对比CCD损伤前后的电阻值,发现线损伤和全靶面损伤时CCD垂直转移时钟线间及其与地间的电阻值明显变小。最后分析讨论了损伤部位和损伤机理。

飞秒激光与D2气体团簇的相互作用

原子（分子）团簇是有几个到几千乃至几万个原子（分子）通过物理或化学结合力形成的相对稳定的微观集合体，是介于原子分子和宏观固体物质之间的一种特殊的过渡物质结构。原子团簇尺寸比激光波长短，与强激光相互作用比原子或小分子更为激烈。团簇能够吸收相当大部分的激光能量，并产生超热电子和高电荷态的离子，高电荷态的离子会激发辐射出光子。

飞秒激光烧蚀含能材料的分子动力学模拟（英文）

为了得到飞秒激光侵蚀(FLA)1,3二硝基甲苯(简称DNB,分子式:C6H4N2O4),六硝基六氮杂异伍兹烷(简称CL20,分子式:C_6H_6N_(12)O_(12))和CL20/DNB共晶系统的物理和化学响应过程,本文采用Reax FF/lg反应力场对其过程进行模拟。计算结果表明,CL20/DNB系统的温度和压力在飞秒激光加载过程中出现阶跃,激光加载过程后系统有一个冷却过程,然后系统的温度和压力逐渐升高达到最大值并维持平衡。研究发现,在此过程中CL20和CL20/DNB系统触发反应均为CL20分子中的N―NO2断裂。CL20系统的分解速率大于CL20/DNB共晶系统,这可能是因为共晶系统在反应初期具有大量的DNB分子以及分解产物中含有比较稳定的苯环减少了CL20及其产物之间的有效碰撞。

基于飞秒激光的超快太赫兹特征波谱技术及其应用(特邀)

太赫兹特征波谱技术作为一种太赫兹波段的相干测量技术,具有高灵敏、快速、无损检测等显著特点,可以有效获得来源于物质分子的低频集体振动、转动模式以及与周围分子的弱相互作用(氢键、范德华力等)而产生的特征“指纹谱”信息,已在生化分子检测、材料分析与辨识等方面展现出非常广阔的应用前景。太赫兹光电导天线作为一类应用广泛的太赫兹波源,能够产生宽频带的太赫兹辐射,由其构成的超快太赫兹特征波谱系统在生化分子和材料分析等方面已显现重要应用。本文首先介绍了基于超短脉冲激光的太赫兹光电导天线的工作原理及其发展现状,包括理论模型、衬底材料以及不同结构形式。随后,介绍了由太赫兹光电导天线作为宽频带太赫兹波源而构建的超快太赫兹特征波谱系统及其工作机理,详细阐述了基于飞秒激光的超快太赫兹特征波谱技术及其应用取得的一些最新研究进展,并分析讨论了该技术在实际应用过程中面临的挑战和应对策略。

飞秒脉冲的激光损伤及微加工

飞秒激光脉冲是对光学物质进行各种处理的最有效的工具.飞秒激光脉冲与光学物质的相互作用具有较低的激光损伤阈值、有限的热作用范围和高的加工精度等优点.文章讨论了超短脉冲激光导致物质损伤和消融的物理机理,对短脉冲和长脉冲的消融机理进行了对比,介绍了飞秒脉冲产生的啁啾脉冲放大(CPA)技术;飞秒脉冲激光在逐位式光数据存储、对光学物质进行微加工和制作光子元件(如波导等)的应用实验.总结了对飞秒脉冲激光在光学物质相互作用中的应用前景.