单晶金刚石飞秒激光加工的烧蚀阈值实验

采用不同功率的飞秒激光对单晶金刚石分别进行了单脉冲分离烧蚀实验和多脉冲累积烧蚀实验,计算得到了单晶金刚石材料的单脉冲烧蚀阈值和多脉冲累积烧蚀阈值,并研究了多脉冲作用下单晶金刚石烧蚀阈值的变化。结果表明:单晶金刚石的飞秒激光单脉冲烧蚀阈值为8.80 J/cm^2;随着有效脉冲数增加,烧蚀阈值逐渐减小;当有效脉冲数小于124时,烧蚀阈值随有效脉冲数的增加而急剧减小;当有效脉冲数增加到486后,烧蚀阈值减小的趋势趋于平缓。有效脉冲数486、激光平均功率10.7 W是最优的激光加工工艺参数。     

飞秒与纳秒激光刻蚀单晶硅对比研究

采用输出功率8W的355nm Nd∶YVO4纳秒激光器和3W的1030nm飞秒激光器对0.4mm的单晶硅的刻蚀进行了对比研究,研究了激光的单脉冲能量密度,脉冲宽度,脉冲耦合率等参数对加工质量和精度的影响。实验结果表明,飞秒激光加工的热效应要小于紫外纳秒激光,同时飞秒脉冲产生了纳米条纹,但随着加工次数的增加,纳米条纹也直接导致了不规则裂纹的产生。这说明飞秒激光的加工优越性也是有条件的,当需要对材料进行大量去除之类的加工时,成本相对较低的紫外纳秒激光可能更为适合。     

纳秒激光和飞秒激光对透明电光陶瓷表面损伤研究

通过对纳秒和飞秒高功率激光脉冲辐照下透明电光陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLZT)的表面损伤形貌和物理形态的分析,调整辐照脉冲能量在线观测表面损伤几率,研究了不同能量等级的纳秒和飞秒高功率高斯光束辐照同一电光陶瓷表面的激光损伤,测得纳秒激光损伤阈值约为485MW/cm2。还分析了辐照损伤斑直径随辐照能量的变化,辐照损伤的损伤深度随损伤直径变化,以及材料中的缺陷引起的损伤形貌。对比分析了纳秒激光和飞秒激光辐照下PLZT电光陶瓷表面损伤形貌的不同,并给出了一些可能的理论解释。     

宽带激光参量放大器及其在飞秒拍瓦（10^15W）脉冲激光技术中的应用

飞秒超高功率,超高强度激光系统将为极端条件下的激光和物理相互作用提供实验研究手段,支持飞秒激光脉冲放大的宽带激光放大器是研制这类强激光系统的关键单元。本文讨论了参量光放大器的宽带特性,它可用于飞秒啁啾脉冲激光放大。据此,建立利用此方案结合纳秒钕玻璃高能激光装置产生飞秒超强激光脉冲、和传统的钕玻璃啁啾脉冲激光放大相比,ＯＰＣＰＡ可大幅度提高输出功率和光束质量。     

飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究

恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明：恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167 J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度。脉冲烧蚀坑直径上限为150.64 μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500 μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力。     

飞秒超短脉冲激光对硅太阳能电池的损伤阈值研究

首次采用飞秒超短脉冲激光（35 fs）,研究其对硅太阳能电池的损伤阈值。与相同波长的连续激光对比,飞秒激光的损伤阈值略高。这一结果不同于纳秒或皮秒激光,主要是因为当加热脉冲时间相当或小于电子-声子耦合时间时,非热平衡效应显著,热传导现象不再满足Fourier 定律。在实验中采用了光束整形技术,首次采用强度均匀分布的激光研究损伤阈值。此技术能减小高斯激光中心光强过大造成的实验偏差。     

飞秒激光制备多晶金刚石微结构阵列

飞秒激光加工是一种冷加工技术,能克服热效应的影响,使加工材料的边缘非常整齐和精确,对高熔点和硬脆材料的微细加工具有显著优势。为制备一种由金属靶和金刚石构成的X射线源微结构阵列阳极,提出采用飞秒激光加工技术加工金刚石微结构阵列,通过实验研究了飞秒脉冲激光加工多晶金刚石材料的工艺参量,重点分析了激光聚焦物镜、激光脉冲能量、重复扫描次数对金刚石微结构形貌和尺寸的影响,得到了符合制作要求的加工参量,并依据加工参量制作出了槽宽为20μm,槽深达45μm的高质量多晶金刚石微结构阵列,测得其表面可承受电子束轰击的最大功率密度为12 W/mm~2。该阵列将可用于制备微阵列阳极X射线源,为实现X射线大视场相衬成像提供关键的光源器件。     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。     

飞秒激光加工红磷的实验研究

为了验证飞秒激光加工含能材料的安全性,本文 以红磷作为含能材料替代物,从理论和实验上说明飞 秒激光加工红磷“冷加工”和“热加工”的可控性。利用有限元软件分析了单脉冲飞秒激光 作用到红磷表 面后样品的径向和轴向温度分布,得到了红磷的热影响区域。通过实验结果验证了飞秒激光 加工红磷样品 时具有“冷加工”和“热加工”两个区域,分析了激光通量对“冷加工”和“热加工”的影 响,确定了加 工红磷样品的“冷加工”的激光通量范围,并计算得到了红磷样品的烧蚀阈值和脉冲累积因 子。     

脉冲激光导致水光学击穿阈值计算的简化模型

通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阂值的解析式。将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好。对于纳秒激光脉冲。在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位。对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失。     

飞秒-纳秒脉冲激光烧蚀金属热效应分析

为了描述不同脉冲激光烧蚀金属表面作用过程,从双温模型出发,用有限元差分法对飞秒、皮秒和纳秒脉冲烧蚀金属表面的温度场进行了数值求解,将结果与不同的激光脉冲宽度内约化双温方程得到的解析解和简化方程进行了比较,并讨论了这些简化方程的适用范围和简化的合理性,还讨论了电子热流表达式与辐照激光光强的关系。计算结果表明,在不同脉冲宽度内的约化方程所得结果与双温模型数值求解符合得很好,证明了在飞秒领域,晶格温度可认为是常数,双温模型被简化为自由电子的温度变化方程;在皮秒激光领域,要用完整的双温方程描述;纳秒脉冲期间认为电子晶格温度相等,双温模型被简化为热传导方程。     

脉冲激光对石英基底Ta2O5/SiO2滤光膜的损伤效应研究

随着高能激光系统的发展,对光学薄膜抵抗激光损伤能力的要求越来越高,而激光脉宽是脉冲激光对薄膜损伤行为的重要影响因素。针对Ta₂O₅/SiO₂多层膜,基于1-on-1测试方法,分析其在飞秒、皮秒、纳秒激光作用下的损伤特性。测得800 nm飞秒激光作用下的损伤阈值为1.67 J/cm₂;532 nm和1 064 nm皮秒激光作用下的损伤阈值分别为1.08 J/cm²和1.98 J/cm²;532 nm和1 064 nm纳秒激光作用下的损伤阈值分别为9.39 J/cm₂和21.57 J/cm₂,并使用金相显微镜观察了滤光膜的损伤形貌。实验结果表明：飞秒激光对滤光膜的损伤机理主要是多光子电离效应,而皮秒和纳秒激光对滤光膜的损伤机制主要是热效应。滤光膜在飞秒激光作用下的损伤阈值与皮秒激光作用下的损伤阈值相当,纳秒激光作用下的损伤阈值要高一个数量级,透射通带外损伤阈值约为通带内损伤阈值的2倍。     

飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺

为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.     

飞秒激光加工镍钛合金的烧蚀阈值实验研究

利用飞秒激光微加工系统对镍钛合金的烧蚀阈值进行理论和试验研究。设计了不同功率和扫描速度下的镍钛合金多脉冲累积烧蚀实验,应用扫描电子显微镜观测并分析试件烧蚀区域的形貌特征,计算得到了不同扫描速度下的烧蚀阈值分别为2.02、2.40、3.04、5.46、15.44 J/cm²。然后分析了多脉冲的累计效应对镍钛合金烧蚀阈值的影响规律,结果表明:当有效脉冲个数小于220时,烧蚀阈值会随着有效脉冲个数的增加而快速减小。但当脉冲数大于220时,脉冲能量逐渐饱和,减小的趋势趋于平缓最终趋于稳定。最后通过对比分析热影响区产生的原因,得出扫描速度1.5 mm/s、激光平均功率0.8 W是相对最优的飞秒激光加工镍钛合金工艺参数。     

Effect of high-power nanosecond and femtosecond laser pulses on silicon nanostructures

The effect of high-power nanosecond (20 ns) and femtosecond (120 fs) laser pulses on silicon nanostructures produced by ion-beam-assisted synthesis in SiO₂ layers or by deposition onto glassy substrates is studied. Nanosecond annealing brings about a photoluminescence band at about 500 mn, with the intensity increasing with the energy and number of laser pulses. The source of the emission is thought to be the clusters of Si atoms segregated from the oxide. In addition, the nanosecond pulses allow crystallization of amorphous silicon nanoprecipitates in SiO₂. Heavy doping promotes crystallization. The duration of femtosecond pulses is too short for excess Si to be segregated from SiO₂. At the same time, such short pulses induce crystallization of Thin a-Si films on glassy substrates. The energy region in which crystallization is observed for both types of pulses allows short-term melting of the surface layer.     

XeCl激光泵浦的ns染料激光器

报道了以XeCl准分子激光作泵浦源,通过所谓的“控制腔瞬态过程”的方法,直接获得ns染料激光脉冲的实验结果。与N_2光泵浦比较,XeCl激光泵浦可得到更短波长和更高阈值系统的激光振荡。     

激光法制备超细纳米金刚石的相变机理

为了研究激光法制备纳米金刚石的相变机理,采用纳秒脉冲激光冲击微米级石墨悬浮液,并做强酸高温氧化提纯处理,结合X射线衍射、喇曼光谱、高分辨率透射电镜等表征手段以及热力学和动力学分析方法,对实验结果进行了理论分析和实验验证。合成得到分散均匀、尺寸在4nm~12nm的超细纳米金刚石。结果表明,纳秒激光辐照下,石墨是通过固态-气态-液态-固态的形式转变为金刚石结构的;与毫秒脉冲激光相比,高功率密度、短脉宽的纳秒激光为金刚石核的生长提供了大的过冷度,提高了金刚石的形核率和生长速率;但是纳米金刚石的生长温度范围极小,冷却过程中石墨结构与金刚石结构同时形核、长大,引起金刚石颗粒表面的石墨化,限制了纳米金刚石的生长。     

Femtosecond laser-tissue interactions: Retinal injury studies

We report the first study of laser-tissue interaction in the femtosecond time regime. Retinal damage thresholds and mechanisms produced by exposure to high-intensity femtosecond laser pulses were investigated in chinchilla grey rabbits. Exposures were performed using single laser pulses of 80 fs duration at 625 nm. ED50injury thresholds of 0.75 and 4.5 μJ were measured using fluorescein angiographic and ophthalmoscopic visibility criteria evaluating 204 laser exposures. Ultrastructural studies including light and electron microscopy were performed on selected lesions. Results suggest that the primary energy deposition in the retina occurs in melanin, However, in contrast to laser injuries produced by longer pulses, exposures of more than 100 × threshold in the50-100 muJ range did not produce significantly more severe lesions or hemorrhage. This suggests the presence of a nonlinear damage limiting mechanics in tissue exposed to femtosecond laser pulses.