飞秒激光烧蚀石英微孔的时间分辨阴影成像

建立了基于飞秒激光抽运-探测原理的时间分辨阴影成像平台,直接获取了飞秒激光烧蚀石英微孔的超快过程图像。在不同能量密度、时间延迟、脉冲数量条件下,观察到随时间延迟变化的等离子体通道衰退、冲击波膨胀和微孔伸长现象。实验结果表明,所提系统有助于飞秒激光烧蚀诱导透明介质内部微纳结构的原位观察。     

飞秒激光多脉冲烧蚀过程中飞秒时间分辨电子状态的观测研究

为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题，利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术，对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像，分析了激光脉冲电离材料初期（700 fs之前）等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向，前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的，而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应，该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布，这是共性工艺问题产生的核心机制。     

石英玻璃中飞秒激光导致的等离子体物理参数的测量

对飞秒激光在电介质中的非线性传输进行研究，激光诱导的等离子体是因素之一，因而等离子的参数是很重要的。用时间分辨的等离子吸收成像和干涉成像方法对等离子体的密度、寿命和电子的碰撞时间进行了测量，得到电子密度在1019cm^-3达到饱和，此时电子碰撞时间为几飞秒，导带电子寿命为170fs。     

飞秒脉冲激光驱动的薄膜中的非平衡态电子弛豫

在飞秒脉冲激光的驱动下 ,使用泵浦 -探测技术测量了复合薄膜 Au- Ba- O的瞬态光学透过率随延迟时间的变化曲线 ,观察到了薄膜对光的吸收迅速增大并在皮秒时间内恢复原状的现象。该现象是薄膜中 Au超微粒子内费米能级附近电子被飞秒激光脉冲激发 ,产生非平衡态电子而经历瞬态弛豫造成的。从理论上给出了复合薄膜中 Au超微粒子的电子声子相互作用常数 g的数值     

飞秒时间分辨质谱技术在超快动力学中的应用进展

飞秒时间分辨质谱技术是飞秒抽运-探测技术与飞行时间质谱技术的结合。可以测得在不同抽运-探测时间延迟下,分子电子激发态电离或解离而来的离子质谱; 不同抽运-探测时间延迟下,质谱信号强弱的变化反映了激发态布居数的时态信息; 给出了分子激发态和里德堡态中准确的寿命信息、分子激发态势能面非绝热耦合信息以及分子过渡态信息。介绍了飞秒时间分辨质谱技术在分子激发态研究中的最新应用进展,以及在里德堡态解离、异构化、内转换、系间交叉等超快动力学过程研究中的最新进展。指出飞秒时间分辨质谱技术将在一些新现象的研究中发挥重要的作用。     

飞秒激光器产生等离子体中电子剩余能量的研究

飞秒激光器的出现，使强场中的电离过程由最初的多光子电离和阈上电离，发展为以隧道电离（Tunneling Ionization,TI)或越过垫垒电离（Over-the-Barrier Ionization,OBI)为主要过程的光场感生电离（Optical-Field-Induced Ionization,OFI)。由于等离子参数对电子温度的可控制性，使基于OFI的X射线激光的等离子体特性在很大范围内具有可控制性。文中主要研究不同激光参数（泵浦激光的偏振特性，泵浦激光的波长，激光强度，电离能等）对等离子体中电子剩余能量的影响。     

飞秒强激光超快烧蚀动力学过程的时间分辨研究

利用抽运-探测超快时间分辨阴影图方法研究了高强度飞秒激光脉;中烧蚀固体靶的动态物理过程.首次实验证实了40 J/cm2.50 fs激光脉冲烧蚀固体靶是一个同时涉及超快加热与超快光机械作用的复杂物理过程.该结果为深入揭示和理解超短脉冲激光烧蚀固体物质特别是金属材料的动态物理过程提供了新的关键性启示.     

飞秒激光作用下啁啾镜膜层内损伤相关动力学

光学元器件的激光损伤问题,一直以来都困扰着超强超短激光系统的进一步发展。飞秒激光领域,激光脉冲引起的光学器件损伤主要由材料的本征特性决定。光学材料内的多光子电离、雪崩电离、导带电子弛豫等一系列非线性过程,与材料的激光损伤过程密切相关。利用泵浦探测技术,采用中心波长为800 nm,重复频率1 kHz的飞秒激光脉冲,对Nb2O5/SiO2啁啾镜介质膜的内部与飞秒激光损伤相关的超快动力学进行了研究。发现强的泵浦光脉冲辐照结束后飞秒乃至几十皮秒的范围内,啁啾镜对探测光的反射率有一定程度的下降。反射率降低的主要原因是泵浦光在介质膜的Nb2O5层内激发的大量的自由电子对探测光吸收所致,且该过程对激光诱导损伤过程起主导作用。通过反射率的变化,对其介质膜内导带电子弛豫过程进行探究,测定得到其衰减寿命,分别为1.31、6.88、22.34 ps。     

飞秒激光在微加工领域的应用研究

飞秒激光具有超精细三维微加工、高聚焦能力、超强峰值功率、超短脉冲等特点,在其逐渐发展过程中飞秒激光以其自身的这些特点被应用到各个领域中,其中应用最多的就是飞秒激光的微加工技术。因此本文主要研究飞秒激光在微加工领域中微加工金属材料、微加工耦合器和光波导、微加工光子晶体、微加工光线器材中的具体应用。     

三束飞秒激光辐照下铜膜内电子非平衡热输运

首先采用有限元法数值计算了铜膜内的电子温度和晶格温度分布变化,揭示了铜膜内电子非平衡热输运时间随飞秒激光光束参量的变化情况。仿真结果表明,铜膜内的电子非平衡热输运时间会随着泵浦光束数量及脉冲能量密度的增加而增加,并且使用三束飞秒泵浦激光作用时,电子非平衡热输运时间比单脉冲作用时的电子非平衡热输运时间增加了3倍。其次使用三束飞秒激光泵浦的泵浦-探测实验系统进行验证。实验结果表明:通过用具有一定延时的三束飞秒泵浦激光作用铜膜时,铜膜表面的瞬态反射率出现三次突变,使电子非平衡热输运时间得到极大延长,从而大幅度消除激光加工热障,并提高加工的质量、精度和效率。     

LT—GaAs飞秒光电导特性

采用飞秒脉冲光电探测技术研究低温生长砷化镓光电导开关超快瞬态响应特性.实验测得不同激发波长或偏置电压下LT-GaAs光电导开关瞬态响应驰豫时间约350～390fs,由实验数据计算得到电子迁移率约1000cm     

激光诱导铝合金等离子体的时间演化过程研究

为了深入研究激光诱导等离子体的物理特性,提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的测量精度和可靠性,对激光诱导等离子体的时间演化过程进行了实验研究。采用ICCD相机对激光诱导铝合金等离子体进行快速成像,发现激光诱导铝合金等离子体的寿命大约为30μs,等离子体呈现明显的分层结构,并且不同区域的面积和温度在等离子体的时间演化过程中呈现不同的特征。通过玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算了铝合金等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律。实验结果表明,等离子体的电子激发温度在6000K~9000K之间,且前3μs下降较快;等离子体电子数密度为1017 cm-3量级,并随ICCD探测延迟时间缓慢降低。等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律与ICCD相机快速成像结果一致。     

复合介质薄膜中的声子振荡弛豫

随着激光技术的发展，人们能获得的激光脉冲越来越短，这样，可以对物质在飞秒领域的超快现象进行直接的瞬态弛豫研究．超快光脉冲与物质的相互作用是科学与技术的一个前沿领域，利用超短激光脉冲诱导出样品中的非平衡态载流子，测量样品的瞬态光谱的变化是近年来发展的一种研究样品中非平衡态电子声子弛豫的新技术．在超快激光脉冲作用下引起样品瞬态光学透过率随时间变化的测量中，使用了飞秒脉冲激光器、泵浦-探测（PumP－Probe）技术、计算机控制的光学延迟线、锁定放大器及数据采集系统．激光脉冲宽度为165fs,波长为647urn，脉冲重复…     

飞秒激光作用下透明介质材料的反射率演化

利用800 nm抽运和400 nm探针技术,测量了CaF2和MgO的时间分辨反射率,研究了材料的电子激发和弛豫超快动力学过程。采用耦合动力学模型,探讨了飞秒激光对透明介质材料的激发,以及材料的激发对抽运激光在材料中的传输、分布和反射特性的影响。根据这个理论模型计算了时间分辨反射率的演化,计算结果和实验结果相吻合。研究表明,多光子电离(MPI)和碰撞电离(II)在介质材料的导带电子激发中起着重要的作用。     

飞秒激光烧蚀石英玻璃所激发的内部应力波

通过重复采样和泵浦探测的实验方式,对飞秒激光烧蚀石英玻璃的内部动态过程进行了实验研究,获得了石英玻璃内部的时间分辨阴影图像.实验结果表明,在不同的延迟时间下,石英玻璃内部依次出现了多个应力波,并通过测量应力波的位置获得了其速度的实验演化规律.这些结果直观地展示了飞秒激光与物质之间相互作用中,材料内部的动态行为.     

微光学元件飞秒激光制备

超短脉冲激光不仅使人们得以在飞秒级时间分辨下研究物理、化学、生物学和光电子学等学科中的各类瞬态动力学过程，也使人们得以用很低的脉冲能量获得极高的峰值光强。近年来，利用飞秒激光的多光子过程进行微加工和微制备得到了广泛关注。由于飞秒激光脉冲持续时间极短，激光辐照区域淀积的能量难以通过热辐射途径逸出辐照区域，热     

飞秒激光加工机理及仿真研究进展

目前,微加工和精加工技术的迅速发展对微型化加工技术提出了更高的要求:将加工尺度提高到微米甚至纳米级,并且能够在材料内部实现三维立体微加工.飞秒激光可以突破衍射极限的限制,打破了加工极限,是当前先进制造技术的热点.本文综述了飞秒激光加工的发展历程和机理,并从库仑爆炸模型、微爆炸模型、色心模型以及双光子电离模型等方面对激光加工机理进行了阐述.对于飞秒激光的超快作用过程,仿真是分析加工机理、研究激光与材料作用过程的主要手段.分析了飞秒激光仿真所采用的双温模型、分子动力学模型及复合模型的特点及其适用范围,为飞秒激光加工的理论研究提供依据.最后指出了目前飞秒激光加工技术存在的问题,并对该技术的发展进行了展望.     

微加工中皮秒~飞秒脉冲比较

材料加工，主要是微加工中的许多应用正促进高重复率飞秒激光的研制。从物理学角度看，这种加工能定义为薄表面层材料的激光烧蚀，与周围物质没有明显的热交换。在金属中激光脉冲通常被电子吸收。在几皮秒时间内这些电子将它们的能量传输给晶格。在非金属（例如半导体和电介质）中，光电离和级联电离是初始激光脉冲吸收过程，其后的过程与金属情况相似。在紫外光辐照情况下，材料的烧蚀及其后转变成等离子体能在比蒸发温度低的温度下发生。当热量没从吸收区消散时，快速等离子体产生和薄层中的烧蚀是可能的。如果激光脉宽比热扩散时间短就会…     

牛顿环揭示激光超快烧蚀细节

德国埃森大学研究人员用飞秒激光脉冲和时间分辨显微术观测了各种材料中的牛顿环。用牛顿环可以更好了解激光的烧蚀和确证与材料无关的烧蚀机制（见图）。过去几年中，以超快激光为基础的烧蚀已受到很大关注。这个过程对激光外科术和微加工等一系列应用都有重要意义。在研...     

激光诱导击穿锌等离子体的空间膨胀特性及能量依赖关系的研究

本文通过激光诱导击穿光谱技术研究了锌等离子 体在空间膨胀时其特性的演化,并研 究了等离子体产生对激光脉冲能量的依赖关系。在大气环境下将脉冲激光聚焦于锌金属靶表 面烧蚀并产生等离子体,采集等离子体膨胀方向不同距离处的时间分辨荧光光谱,确定等离 子体的电子温度及电子数密度参数,研究等离子体特性随空间膨胀距离及时间的演化关系。 然后改变激光脉冲能量,采集特定位置的锌等离子体荧光光谱,确定等离子体特征参数及其 时间演化特性对激光脉冲能量的依赖关系,研究激光脉冲能量对等离子体形成的影响。结果 表明,等离子体形成后其早期膨胀过程为超音速绝热膨胀,随等离子体空间膨胀距离的增加 电子温度先降低后升高,电子数密度先升高后降低。当延迟时间增加至2.2us时,随着空间 距离的增加,电子温度持续下降,电子数密度基本维持不变,此时超音速绝热过程消失。当 激光脉冲能量增加时,锌元素特征谱线强度逐渐饱和,电子数密度增加速率逐渐降低,等离 子体寿命持续增加。当激光脉冲能量低于100 mJ时,电子温度随激光 脉冲能量的增加而快速 上升。当激光脉冲能量高于100 mJ时,电子温度维持在 8500 K上下波动。因此,随着激光脉 冲能量的增加,等离子体屏蔽效应逐渐明显,脉冲激光与锌金属靶相互作用前期产生的等离 子体吸收激光脉冲能量维持自身的存在,最终导致仅有部分激光脉冲能量与金属发生相互作 用,使得谱线强度及电子温度的上升出现阈值。