“固体激光材料”专题前言北大核心CSCD

1960年,梅曼先生发明了首台激光器,掀开了激光技术研发和应用的新篇章。60年来,激光技术发展迅速,在激光武器、激光医疗、激光显示等关系国家安全和国民经济的众多领域中发挥了不可或缺的作用。激光技术的重要物质基础是固体激光材料。新激光材料的出现或新性能的研发可以带动激光技术的进步进而开拓新的应用领域,是激光技术中一个传统而又前沿的重要方向,特别是在当前光电技术飞速发展的时代,固体激光材料的探索和性能开发的重要性凸显。     

超快激光照亮通向量子计算机之路

对于建造量子计算机的研究人员来说，速度十分重要。科学生成的量子数据比特仅持续十亿分之一秒（即纳秒）。该持续时间太短，不能做任何有意义的计算。但是加里福尼亚和宾夕法尼亚的一个研究组已找到解决这个时间难题的方法。在通向生产能在几秒钟内完成最先进超级计算机也要花很长时间才能完成的计算机方面，他们的工作完成了小的、但很重要的一步。物理学家D.Awschalom和他在圣巴巴拉加州大学及宾夕法尼亚大学的同事们报道了一个超快操纵处理量子数据的新方法。用三个一组的极短激光脉冲，设法将量子数据比特压缩为100fs。这样的速率，…     

“超快激光微纳制造机理及新方法”专题前言

超快激光具有超强、超快、超精密的特性,是制造技术领域的前沿方向和重要生长点之一。超快激光与材料相互作用,改变材料的物态和性质,实现微米至纳米尺度或跨尺度的控形与控性,多年来一直备受关注。以往制造基础研究的观测/调控均局限于原子/分子及以上层面,以超快激光为工具的超快化学的诞生使电子层面的观测/调控成为可能,有望使制造新原理/新方法获得突破。     

用超快激光脉冲进行快速三维微细加工

日本Tokushima大学的研究人员利用７９５nm、１２０fs脉冲的掺钛蓝宝石激光器，通过程控在硅玻璃里面写入了三维图样，然后用腐蚀液腐蚀掉激光照射过的区域，使设计要求的结构显露出来。由于激光微细加工可为研制光子晶体和３D光存储另辟捷径，目前它受到了微化学、微光学和微电子学等领域的极大关注。与现有的要靠光敏材料才能实现的微细光刻技术不一样，这种简单且效率高的两步加工过程能在绝大多数光学透明材料中进行，包括玻璃、聚合物和晶体等。该研究小组用光斑尺寸为０．７５μm，照射强度为１４TW／cm２～５６TW／cm２，短脉冲激…     

超快激光加工小孔穿透成形时间的影响因素试验研究EI北大核心CSCD

超快激光加工叶片气膜冷却孔通常在叶片内腔填充防护材料以防对壁损伤。使用中间带防护材料的高温合金夹层试片模拟带防护材料的涡轮叶片,应用在线图像识别技术与控制变量法,研究孔深度、填充半径、斜孔倾角对超快激光填充法加工小孔穿透成形时间的影响,并采用非线性最小二乘法对试验数据进行曲线拟合,结果发现孔深度、填充半径、斜孔倾角与小孔穿透成形时间的关系分别为Gauss函数、Belehradek函数、Boltzmann函数。基于研究结果,提出合理控制填充加工小孔时间并增加旋切加工扩孔的方法,成功获得对壁无损伤而出口成形圆整的小孔。     

基于光纤拉伸器锁相实现两路超快激光相干偏振合成EI北大核心CSCD

超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相,并结合随机并行梯度下降(SPGD)算法,成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制,而且可有效降低系统的插入损耗,提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W,最高功率下合成效率为90.1%,闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明,采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统,在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs,压缩效率为73.3%,对应的单脉冲能量为3.99μJ。     

飞秒激光微加工中诱导空气等离子体的超快观测研究EI北大核心CSCD

通过搭建飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像系统,研究了聚焦的飞秒激光脉冲产生空气等离子体的瞬态演化特性,并对不同聚焦条件下空气等离子体的时间特性进行了数值模拟。实验结果表明:聚焦的飞秒激光电离空气等离子体的电子瞬态密度峰值先升高后缓慢下降;同时得到了高时间分辨下的电离速度变化与电子数密度的空间分布。计算结果显示:更高的单脉冲能量对应更高的饱和电子数密度,高数值孔径聚焦条件下隧穿电离也更早出现,表明飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像可为超快激光微加工的瞬态过程提供观测手段,同时可对超快激光微加工过程中的等离子屏蔽效应提供机理解释与加工工艺的优化参考。     

高功率光纤超快激光

飞秒激光科学和光纤激光技术的完美结合——高功率光纤超快激光,极大地拓展了超快激光的应用领域,为基础科     

纳秒激光诱导铝板表面超疏水微纳结构北大核心CSCD

提出了一种利用纳秒光纤激光快速制备超疏水铝板表面的方法,对样品表面的接触角和粗糙度进行了测量。烘烤处理激光加工后的样品,得到了一系列具有不同润湿性能的铝板表面,增加激光能量密度可得到超疏水表面。研究结果表明,增加激光能量密度除了能提高铝板表面的粗糙度,还会形成明显的微纳二级结构;空气占铝板超疏水复合接触面总面积的90%以上;纳秒激光诱导铝板超疏水表面是微纳结构和化学成分共同作用的结果。     

超快激光仿生复眼加工研究进展

作为一种典型的微纳光学元件,仿生复眼微视觉系统有机结合了光子学与微纳米技术的前沿科学成果,在机器人视觉导航、无人驾驶、微型飞行器系统等前沿领域具有广阔的应用前景。超快激光加工作为一种先进的制造技术,具有真三维加工、适用多种材料、微纳加工精度等优异特征,已成为制造多级结构仿生复眼视觉系统的理想工具。本文介绍了自然界昆虫复眼的结构特点,阐述和分析了各类型仿生复眼的超快激光加工研究进展,包括平面微透镜阵列、超疏水复眼透镜和大视场复眼透镜,最后分析了超快激光加工技术制备复眼透镜存在的问题和发展趋势,为仿生复眼视觉系统的进一步研究与开发提供有效参考。     

飞秒激光仿生制备超滑表面及其应用北大核心CSCD

仿生超滑表面由于能抗各种液体甚至动植物黏附,因而具有非常重要的研究价值和广泛的应用前景。飞秒激光微加工技术具有材料普适性强、加工精度高、可控性强等特点,在制备和调控特殊浸润性表面方面具有非常突出的优势。从仿生制造的角度出发,首先介绍了飞秒激光微加工在构建和控制超疏水表面、水下超疏油表面的相关研究进展,分析了其在实际应用中的局限和不足;概述了超滑表面的制备原则及飞秒激光制备超滑表面的工艺方法,系统地总结了飞秒激光制备的各类超滑表面,及其对多种液体和气泡的操控;介绍了超滑表面的一些典型应用;最后总结和讨论了飞秒激光制备超滑表面研究和应用中存在的问题及发展前景。     

透明介质材料的超快激光微纳加工研究进展

透明介质材料具有高透光性、高耐热性和良好的耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、微电子器件和光学元件等领域,这些应用对透明介质材料微纳加工的精度与质量提出了一定的要求。超快激光具有超高的峰值强度与超短的脉冲持续时间,可突破衍射极限并极小化热影响区,具有出色的加工精度与加工质量,为透明介质材料的微纳尺度加工提供了多样化的手段。综述了透明介质材料的超快激光微纳加工研究进展,包括超快激光加工透明介质材料的内部结构、相关机理和应用领域三个方面,并对透明介质材料的超快激光微纳加工进行了总结与展望。     

基于混合算法的高均匀度超快激光分束及精密加工研究

基于空间光调制器外光路分束进行并行加工是提高超快激光加工效率的有效方法。高均匀度分束算法是实现外光路分束的关键。在实际光路中,由于光路不完全满足理论条件,经典的GS算法生成的多光束均匀度远低于理论值,不满足阵列化激光加工的要求。基于GS-GA算法的思想与图像处理技术,在程序设计中引入了实时反馈的功能,以达到提高分束均匀度的目的。并采用加载菲涅耳透镜相位的方式分离零级光,避免重建光场离轴带来的畸变。最终实现了均匀度接近94%的分束,并通过加工实验验证了高均匀度分束算法在精密加工中的应用效果。     

飞秒激光与材料相互作用中的超快动力学

飞秒激光以其超快超强特性可以实现三维复杂结构的微纳级别精密制造。超快光场与材料相互作用过程中存在大量新现象、新效应和新机制,亟待揭示。本文简要介绍飞秒激光与材料相互作用的基本过程以及飞秒激光泵浦探测技术的发展历程。首先重点阐述了高斯型飞秒激光与材料相互作用超快动力学的研究进展,根据不同的时间尺度分别对相互作用过程中的光子与电子相互作用、电子与晶格相互作用过程、相变,以及等离子体/冲击波喷发等过程的观测与机制分析进行总结;随后针对基于电子动态调控新方法的飞秒激光加工超快动力学进行综述,分析对比了其与传统飞秒激光和材料相互作用超快动力学的差异;最后针对该领域的发展方向进行了展望。     

基于长脉冲激光的304L不锈钢表面微织构加工北大核心CSCD

通过改变长脉冲激光输出功率和脉宽,在304L不锈钢表面加工出凹坑、凸包微织构,并观察了它们的形貌特征。研究结果表明,利用小脉宽、大功率激光可加工得到外形较好的凹坑,脉宽不变时,凹坑深度和直径随功率的增加呈先上升后下降的趋势。然而,大脉宽、小功率激光加工可得到外形较好的凸包,功率对凸包形貌的影响比脉宽的影响大,当功率达到一定值时,凸包高度和直径达到饱和状态。