飞秒激光精密微纳加工的研究进展

飞秒激光由于其超快时间特性和超高峰值功率特性在精密微纳加工领域引起了人们广泛的重视．在与物质的相互作用中它能快速、准确地将能量作用在特定的区域内，从而可以获得极高的分辨率和加工精度。文章综述了飞秒激光精密微纳加工的最新研究进展，分别就飞秒激光烧蚀微加工和飞秒激光双光子聚合产生三维微纳结构进行了介绍，阐述了各自的物理机制．最后对飞秒激光微纳加工的研究前景做了初步探讨。     

基于整形飞秒激光脉冲的三维微纳制备

飞秒激光脉冲加工具有热效应小、加工精度突破衍射极限、三维内部加工能力等特性,在微纳制备领域独具优势。综述了利用飞秒激光脉冲整形技术结合飞秒激光三维直写进行透明介质中微纳制备的最新进展,这些技术有望在新型集成光学和微纳光学中发挥重要的作用。     

飞秒激光在透明介质中诱导光学微腔的实验研究

鉴于飞秒激光脉冲持续时间极短且峰值功率极高，将其紧聚焦到透明介质体内部时，易引发双光子效应、碰撞电离、雪崩击穿等一系列非线性过程，在焦点处产生微爆，从而形成微腔结构。提出采用25fs的激光脉冲在透明介质内部诱导形成微腔结构。分析了微腔的能量阈值。结合三维精密位移台，制备了三维微腔点阵。探讨了超短激光脉冲在透明介质内部形成微腔结构的方法与基本实验参数。试验发现：采用更短脉宽的飞秒脉冲时可以降低微腔形成的能量阈值；通过调整飞秒激光功率、脉冲作用次数和光束聚焦情况等因素，可以有效改变微腔的纵深比；在数值孔径较低时因无法实现紧聚焦，故不能形成微腔。     

用飞秒激光脉冲在PMMA内页面式写入三维光存储的研究

用微透镜阵列聚焦放大的钛宝石飞秒激光脉冲到PMMA内部，在每个微透镜的焦点处造成光学损伤，通过改变焦点的位置，实现了三维数据的写入，用800 μJ 1 kHz重复率的飞秒激光记录速度达到20Mbit/s.阐述了数据信息的调制、写入和读出，分析了微透镜阵列参数对存储密度、数据记录速度和能量阈值的影响，建议了提高存储密度的两种有效途径. 关键词： 三维光存储 微透镜阵列 飞秒激光 PMMA     

飞秒激光双光子微细加工技术及研究现状

飞秒激光双光子微细加工技术以其特有的高精度三维微加工优势,成为微型机械加工领域新的发展方向之一。介绍了飞秒激光双光子微细加工技术的原理和应用的现状。结合目前已有的微细加工技术,对双光子微细加工技术的特点加以评述。简要报道了利用飞秒激光双光子微细加工技术的一些研究进展。探讨了飞秒激光双光子微细加工技术今后的发展方向及其存在的基本问题。     

飞秒激光加工铌酸锂晶体：原理与应用

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度，飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法， 已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性，是集成 光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理，重点介绍了飞秒激光加 工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学 领域具有广阔的应用前景。     

激光全息光刻技术在微纳光子结构制备中的应用进展

微纳光子结构研究随着光子学、半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开展,并在其结构、理论、制备技术等方面取得了系列进展。受限于目前的微加工技术水平,要成功制备大尺度、高质量的光子材料仍然存在着一定挑战。激光全息光刻技术作为一种简便快捷的微结构制作技术已经发展成为一种经济快速制作大面积微纳超材料及光子晶体模板的重要手段。介绍了激光全息光刻技术的原理,详细阐述了该技术在制作三维面心立方、木堆积结构、金刚石结构光子晶体以及光学周期类准晶、手性超材料、周期性缺陷结构等微纳光子结构中的应用研究进展。激光全息光刻技术成功制作微纳光子结构为光子材料在更多领域的广泛应用提供了基础和方法。     

光纤飞秒激光五倍频产生206 nm深紫外激光

深紫外飞秒激光兼具深紫外激光单光子能量高和飞秒激光峰值功率高的优势,这使得深紫外飞秒激光在半导体晶圆检测和角分辨光电子能谱等领域被广泛应用,但是色散导致的群速度失配使得深紫外飞秒激光的输出变得十分困难,本文基于掺镱光纤飞秒激光器,实现了一种基于延迟线的深紫外飞秒激光脉冲产生方案.通过优化延迟线精确补偿时间走离,基于掺镱飞秒光纤激光五倍频获得了重复频率为1 MHz、中心波长为206 nm的深紫外飞秒激光输出,其平均功率102 mW,从近红外到深紫外的转换效率为4.25%.     

飞秒激光湿法刻蚀微纳制造

飞秒激光微加工作为一种新型微纳制造技术,在复杂三维构型制作方面具有其独特的优势,但激光加工效率问题严重制约了飞秒激光微加工技术走向实际工程应用,提出一种飞秒激光湿法刻蚀微纳制造方法,以提高飞秒激光微加工的效率为突破口,通过调控激光与物质相互作用获得材料的目标靶向改性,进而结合化学湿法刻蚀实现硬质材料上的高效和高精度三维微加工,采用这一方法制作出的微透镜尺寸为80 m,球冠高6.7 m,表面粗糙度小于10 nm。利用这种方法,实现了不同结构与特性的高质量微透镜阵列的超精密制备,在石英内部也实现了螺旋微通道的复杂三维结构,螺旋通道直径为20 m,长径比超过100。     

超快激光的光电应用

超快激光一般是指脉冲宽度短于10ps的脉冲激光,主要指短皮秒和飞秒(10-15s)激光。这个时间尺度短于激发态电子向晶格弛豫能量的所需时长,使光与物质相互作用呈现了与通常光激发显著不同的特性,也促成了其崭新的光电应用。围绕飞秒激光与物质相互作用快(作用时间短)、强(瞬态功率高)、精(非线性使作用区体积小,用作加工分辨率高)的特点,开展了系列研究,包括飞秒激光超快光谱用于光/电-电/光转换动力学探索,激光诱导气体成丝用于近程遥感探测,及飞秒激光微纳加工用于新原理、新材料微纳集成器件的制备。介绍了相关研究的进展。     

飞秒激光诱导材料内部三维光功能微结构新进展

飞秒激光是近年来获得迅速发展的一种超快激光．超短脉冲和超高电场强度是它的两个特征．飞秒激光已广泛用于物理化学反应的动力学过程分析和热效应可忽略的超精细加工．利用飞秒激光与材料的非线性相互作用，还可以实现透明材料内部有空间选择性的三维调控光功能微结构．文章重点介绍了在可擦重写三维超高密度光存储、立体彩色内雕、可集成超快光开关等方面的应用和国内外相关领域的最新进展，并展望了应用前景。     

Femtosecond laser microstructuring: an enabling tool for optofluidic lab‐on‐chips

This paper provides an overview of the rather new field concerning the applications of femtosecond laser microstructuring of glass to optofluidics. Femtosecond lasers have recently emerged as a powerful microfabrication tool due to their unique characteristics. On the one hand, they enable to induce a permanent refractive index increase, in a micrometer‐sized volume of the material, allowing single‐step, three‐dimensional fabrication of optical waveguides. On the other hand, femtosecond‐laser irradiation of fused silica followed by chemical etching enables the manufacturing of directly buried microfluidic channels. This opens the intriguing possibility of using a single laser system for the fabrication and three‐dimensional integration of optofluidic devices. This paper will review the state of the art of femtosecond laser fabrication of optical waveguides and microfluidic channels, as well as their integration for high sensitivity detection of biomolecules and for cell manipulation.     

双光子激光扫描荧光显微镜及其应用

文章对双光子激光扫描荧光显微镜的原理及其应用进行了综述,双光子激光扫描荧光显微镜的本征的空间三维成像特性广泛应用于生命科学、半导体和三维高密度数据存储及其微细加工的研究。     

双光子吸收三维数字光存储

双光子吸收三维数字光存储是实现超高密度光存储的一种重要方法,双光子吸收几率与作用光强的平方成正比,使得只有位于焦点小范围内的记录介质受到激发,双光子吸收激发的光致聚事作用,光致变色作用、光致荧光漂白、光折变等效应,引起这一小范围内记录介质的光学性质发生改变,结果能将信息写到亚微米尺度的体积单元中,实现三维数字光存储,这种双光子吸收三维数字光存储密度可达10^12Bits/cm^3。文章介绍了双光子吸收三维数字光存储的原理和进展。     

可调谐半导体激光器研究及进展

可调谐半导体激光器是新一代密集波分复用系统以及全光网络中光子交换的关键光电子器件 ,它的运用使得光纤传输系统容量大大增加 ,灵活性和可扩展性大大增强 ,目前已经实现了宽波长范围的连续或准连续调谐 ,并有相应的产品投放市场 .文章介绍了各种基于不同谐振腔结构的可调谐激光器以及各自的调谐机理 ,对不同类型器件在制作以及实际应用中的优缺点进行了比较 .同时总结了国外可调谐半导体激光器的最新进展 ,并对我国可调谐半导体激光器的研制提出了相应的要求     

条形半导体激光器光束质量因子M2的理论计算

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布，现通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩，通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M^2因子。讨论了波导结构参量变化对M^2因子的影响，并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。     

光学微球腔及其应用

光学微球腔因其极高的品质因和极小的模式体积，在非线性光学、腔体量子电动力学以及窄带光学滤波、高灵敏度运动传感器、极低阈值激光器等许多研究与应用领域具有广泛的应用前景。文章对光学微球腔的谐振原理、特点、耦合、制备和应用进行了综述。     

彩色三维激光扫描测量方法的研究

提出了彩色三维激光扫描测量方法，即在单色三维激光扫描测量数据上贴合彩色的数字图像。给出了单色三维测量模型——三维光平面方程测量模型，提出了全新的测量系统参量的快速标定方法，并制作了标定靶标。给出了物体三维数据和颜色信息的贴图技术。利用所研制的装置对招财猫模型进行了实验测量，得到了满意的结果。     

气流加热对气动光学效应的影响

以光束穿过三维高速流场为物理模型,研究了由于辐射加热气流对流场的干扰及激光束穿过流场后光束远场的分布。应用二维哈特曼波前测量系统,对高功率光束在风洞高速气流传输中的气动光学效应进行了测量。结果表明,气流未电离情况下,激光与高速气流相互作用对气流的温度、密度等参数影响很小,通过该区域流场的光束波前基本没有变化。