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。     

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。     

飞秒激光与超快现象(Ⅰ)

文章第Ⅰ部分介绍飞秒激光的发展过程和应用概况，讨论了飞秒脉冲产生和测量的基本原理，以及近年来在物理和技术上的新进展．特别介绍了在飞秒激光器全固体化、小型化、高效化方面的进步．有关飞秒激光技术在超快现象研究中的应用将在第Ⅱ部分介绍．     

飞秒激光在三维微细体系中的应用

飞秒激光的超快特性使其能以极低的脉冲能量获得超强光场,并且激光加照区淀积的能量能以通过热扩散途径逸出辐照区域,其与透明物质相互作用是通过双光子或多光子吸收过程实现,故作用区限域于焦点核心很小体积内,因而在三维微制备及生物医学领域有着独到优势。文章介绍了飞秒激光应用于微爆炸、高密度三维光学数据存储、直写光波导及三维光子晶体制备、生物医学工程等方面的最新进展。飞秒激光三维微制备技术在微电子、计算机、光通信、生物医学等高技术领域有着广阔的应用前景。     

飞秒激光作用下全向高反膜破坏的激发过程

设计和制备了全向高反膜SiO₂/TiO₂，研究了它在不同脉冲宽度、不同脉冲能量的飞秒激光作用下的破坏阈值和烧蚀深度.利用发展的抽运-探针方法，研究了抽运脉冲作用下材料中导带电子的超快激发和能量沉积过程，建立并求解了飞秒激光激发材料和材料的激发对抽运光自身反作用的耦合动力学模型.模型较好地揭示了材料破坏的激发过程. 关键词： 飞秒激光 全向高反膜 激发过程 破坏机制     

中国科学家实现首例飞秒时间分辨近场光学系统

飞秒（fs）是一种超短时间单位，1fs=10^15s．近年来，随着飞秒脉冲激光技术的发展，飞秒时间分辨光谱技术在纳米材料动力学、化学反应动力学、光合作用等超快过程研究领域得到广泛应用．     

光磁相互作用及自旋极化的光学调控

近年来,超短激光脉冲的发展为人们在极端时间尺度上研究光与物质的相互作用提供了有 效工具。皮秒时间尺度上研究磁有序材料中的自旋动力学过程已经成为凝聚态物理研究的热点, 促进了自旋电子学的发展。本论文基于飞秒激光抽运–探测技术,介绍了半导体及其纳米结构中 光注入自旋极化及其弛豫过程;综述了铁磁性薄膜中的超快退磁,激光诱导磁阻尼进动和逆法拉 第效应; 利用太赫兹脉冲的磁场分量,研究了反铁磁晶体中自旋共振模式的激发,相干控制以 及自旋重取向的探测; 最后介绍了超快光谱用于研究多铁性材料中电子、晶格和自旋间的耦合。 了解不同材料在超快时间尺度上的磁光、光磁效应的最新进展,有助于在磁有序的超快光控制研 究领域做出原创性的工作。     

基于LabVIEW的超快激光制造系统设计

针对当前大部分超快激光制造系统中存在的三维移动平台控制软件和光学显微镜软件集成化程度低而导致的操作方式繁琐等问题,设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化超快激光制造系统控制软件,以实现对超快激光制造系统的高效调控。该系统由飞秒激光器、三维移动平台、在线监测CCD、激光功率计、快门和计算机等六部分构成。设计思路是基于LabVIEW软件平台的多线程编程技术,将飞秒激光束的通断与三维移动平台的移动实现协调控制,采用CCD相机对样品进行对焦和监控加工状态,利用激光功率计对激光功率进行在线监测,并将其集成于同一界面以实现控制。实验证明,与常见超快激光制造系统相比,该系统稳定度高、操作简单、界面简洁、可扩展性强、调节效率高。     

飞秒光谱技术的现状与展望

自１９８１年Ｒ．Ｌ．Ｆｏｒｋ等人利用环型腔可饱和吸收体的对撞锁模技术首次产生了飞秒（１０－１５ｓ）激光脉冲后，多频段飞秒光脉冲的产生、放大、频率扩展及光脉冲压缩等技术的发展十分迅速．目前在物理学、生物学和化学等各领域中，利用飞秒光谱技术观测各种原初过程以及超快速现象，巳经成为一种崭新而有效的研究手段，越来越受到各国科学家的高度重视．本文介绍了飞秒光源的现状、飞秒光谱的主要测量方法以及飞秒光脉冲放大、压缩等技术的基本原理，并对飞秒光谱技术的未来发展及应用前景进行了讨论．     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置研制

近年来，随着相关领域的发展,尤其是啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification．CPA）技术的出现，使得超短脉冲激光的峰值功率的进一步提高，输出功率已能达到百TW或PW以上，聚焦功率密度可达到10^2W／cm^2.CPA技术的基本思路是将非常窄的种子光脉冲在时域上展宽，然后在放大器中充分的提取能量，最后将激光脉冲压缩到接近初始的脉冲宽度．从而获得极高的峰值功率，如图1所示如此超高强度的激光脉冲，可以创造极端的物态条件，用于研究相对论领域的光与物质相互作用，如超快x光激光产生、超高次谐波产生、激光尾波场粒子加速、实验室天体物理学及快点火机制等。随着超短超强脉冲激光装置性能的提高和研究工作的进一步深入，超短超强脉冲激光将会在军事、科技和民用方面呈现广阔的应用前景。     

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     

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。     

有机材料的双光子吸收物理特性及其应用

近年来，具有大双光子吸收截面的有机材料的物理性质及其应用的研究成为令人关注的重要研究课题。文章综述了有机材料的双光子吸收过程，物理特性以及其实验测试和研究方法，评述了有机材料的双光子吸收效应的应用，包括上转换散射，光学限幅，双光子荧光显微成像、三维光信息存储和光学微加工等。     

Quantum dot lasers and integrated optoelectronics on silicon platform Invited Paper

Chip-scale integration of optoelectronic devices such as lasers, waveguides, and modulators on silicon is prevailing as a promising approach to realize future ultrahigh speed optical interconnects. We review recent progress of the direct epitaxy and fabrication of quantum dot (QD) lasers and integrated guided-wave devices on silicon. This approach involves the development of molecular beam epitaxial growth of selforganized QD lasers directly on silicon substrates and their monolithic integration with amorphous silicon waveguides and quantum well electroabsorption modulators. Additionally, we report a preliminary study of long-wavelength (> 1.3 μm) QD lasers grown on silicon and integrated crystalline silicon waveguides using membrane transfer technology.     

半导体量子点激光器研究进展

首先简要地回顾了半导体激光器发展的历史和量子点激光器所特有的优异性能,进而介绍半导体量子点及其三维量子点阵列的制备技术,然后分别讨论了量子点激光器（能带）结构设计思想,实现基态激射时所必须具备的条件和近年来国内外半导体量子点器的研究进展。最后分析讨论了量子点激光器研制中存在的问题和发展趋势。     

Two‐dimensional microcavity lasers

Advances in processing technology, such as quantum‐well structures and dry‐etching techniques, have made it possible to create new types of two‐dimensional (2D) microcavity lasers which have 2D emission patterns of output laser light although conventional one‐dimensional (1D) edge‐emitting‐type lasers have 1D emission. Two‐dimensional microcavity lasers have given nice experimental stages for fundamental researches on wave chaos closely related to quantum chaos. New types of 2D microcavity lasers also can offer the important lasing characteristics of directionality and high‐power output light, and they may well find applications in optical communications, integrated optical circuits, and optical sensors. Fundamental physics of 2D microcavity lasers has been reviewed from the viewpoint of classical and quantum chaos, and recently developed theoretical approaches have been introduced. In addition, nonlinear dynamics due to the interaction among wave‐chaotic modes through the active lasing medium is explained. Applications of 2D microcavity lasers for directional emission with strong light confinement are introduced, as well as high‐precision rotation sensors designed by using wave‐chaotic properties.     

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。     

Multi-target ranging using an optical reservoir computing approach in the laterally coupled semiconductor lasers with self-feedback

We utilize three parallel reservoir computers using semiconductor lasers with optical feedback and light injection to model radar probe signals with delays. Three radar probe signals are generated by driving lasers constructed by a three-element laser array with self-feedback. The response lasers are implemented also by a three-element lase array with both delay-time feedback and optical injection, which are utilized as nonlinear nodes to realize the reservoirs. We show that each delayed radar probe signal can be predicted well and to synchronize with its corresponding trained reservoir, even when parameter mismatches exist between the response laser array and the driving laser array. Based on this, the three synchronous probe signals are utilized for ranging to three targets, respectively, using Hilbert transform. It is demonstrated that the relative errors for ranging can be very small and less than 0.6%. Our findings show that optical reservoir computing provides an effective way for applications of target ranging.