飞秒脉冲在透明材料中的三维光存储及其机理

使用经钛宝石啁啾脉冲放大的脉冲宽度为200fs、波长为800nm、重复频率为1kHz的超短脉冲激光束,紧聚焦到熔融石英中实现了三维逐位式光数据存储,记录下20层三维数据位点,利用CCD和数码相机对数据位进行了观察讨论了飞秒超短脉冲与透明介质的相互作用,以及产生等离子体的雪崩电离和多光子吸收电离的机理实验结果表明:在飞秒超短脉冲与透明光学介质的相互作用中起主要作用的是多光子吸收.     

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     

BR—D96N光存储读出特性的实验研究

细菌视紫红质（bacteriorhodopsin，简称BR）是嗜盐菌细胞膜内的一种光敏蛋白质。BR薄膜材料具有优异的光循环特性和光致变色特性，可作为信息存储材料。本文讨论了BR所记录图像的对比度与读出光波长变化之间的关系。实验中利用YAG激光器二倍频532nm激光作为图像记录光，白光光源通过单色仪选出单色光作为图像读出光，观察BR膜所记录图像对比度随读出光波长变化趋势，并利用图像灰度积分的方法得到记录图像对比度变化曲线。读出光在470nm-620nm波长范围内，读出为正像；460nm波长附近，图像消失；380nm-450nm波长范围内，图像出现反转。     

聚甲基丙烯酸甲酯掺杂Ce3+的飞秒激光三维信息存储

用飞秒激光(200 fs,1 kHz,800 nm)脉冲在掺杂稀土离子Ce3 的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜中进行了光存储实验研究,包括对样品的吸收光谱、激光照射前后的电子旋转共振(Electron spin resonance,ESR)光谱的测量和讨论。结果表明掺杂稀土离子Ce3 的聚甲基丙烯酸甲酯膜具有较低的写入阈值,有利于高速、并行的三维光存储。实验结果采用传统光学显微镜并行读出。给出了四层存储结果(点间距和层间距分别是4μm和16μm),并讨论了脉冲能量的大小对空腔尺寸的影响,进行高密度存储时,在保证读出信号灰度值足够大的情况下,应选择尽量小的激光脉冲写入能量。实验结果表明这种材料可以应用于三维光信息存储。     

LiF∶F_2晶体中实现三维光数据存储的实验研究

基于LiF∶F2晶体在近红外飞秒脉冲激光作用下产生F2色心向F3 色心的转变,以及两种色心荧光光谱的不同,实现了荧光反射共焦读出和多光子写入的三维光数据存储的原理性实验.钛宝石再生放大器输出的脉冲宽度100fs、中心波长800nm、重复频率1kHz的超短脉冲激光束,用数值孔径0.68的显微物镜聚焦到LiF:F2晶体内部,通过移动晶体实现了三维逐位式数据写入;用405nm的连续蓝光激发存储位,通过探测F3 色心产生的540nm荧光,实现了对信息位进行快速非破坏性的反射共焦读出.与多光子三维存储的透射共焦散射读出和相衬读出相比,格式与现存光盘技术兼容,结构简单;更重要的是,存储信息位是依靠荧光光谱的变化,折射率变化很小,可以有效增加读出层数.     

LiF∶F2晶体中实现三维光数据存储的实验研究

基于LiF∶F2晶体在近红外飞秒脉冲激光作用下产生F2色心向F+3色心的转变,以及两种色心荧光光谱的不同,实现了荧光反射共焦读出和多光子写入的三维光数据存储的原理性实验.钛宝石再生放大器输出的脉冲宽度100 fs、中心波长800 nm、重复频率1 kHz的超短脉冲激光束,用数值孔径0.68的显微物镜聚焦到LiF：F2晶体内部,通过移动晶体实现了三维逐位式数据写入；用405 nm的连续蓝光激发存储位,通过探测F+3色心产生的540 nm荧光,实现了对信息位进行快速非破坏性的反射共焦读出.与多光子三维存储的透射共焦散射读出和相衬读出相比,格式与现存光盘技术兼容,结构简单；更重要的是,存储信息位是依靠荧光光谱的变化,折射率变化很小,可以有效增加读出层数.     

提高飞秒超强激光对比度测量动态范围的一种新方法

普克尔盒(Pockelscell)和格兰棱镜以一定方式组合使用时能对超强激光脉冲的主脉冲进行消光而不会削弱预脉冲的强度,利用这一特性,文章作者设计搭建了一套高动态范围的激光纳秒对比度测量系统,利用该方法将对比度在ns量程内的动态测量范围提高了3个量级,并实验测得了2.95×10-8的纳秒对比度.     

毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的温度场应力场数值分析

为了研究毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构产生的温度场和应力场的特点,本文基于热传导理论和弹塑性力学理论,利用等效比热容法处理相变潜热,考虑多个热源,尤其是底层铝电极反射的影响,并考虑硅基PIN探测器每层材料参数的非线性影响,采用有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,对毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构的过程进行了二维数值模拟,得到了材料表层及内部各层的瞬态温度场与应力场的时空分布和变化规律.结果表明,底层铝电极对激光的反射,使得在底层铝电极处及附近硅层的温度都略有升高.在此基础上,分析了毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的硬破坏机理,即熔融前力学损伤导致硅基PIN探测器的功能失常.     

纳秒激光对铜靶环形损伤的实验研究

研究了光强环形分布的纳秒脉冲激光对焦前铜靶的损伤形貌随脉冲功率密度的变化规律,发现在不同功率密度下,铜靶的环形损伤中,凹、凸纹的空间周期及凹凸对比度,随脉冲能量显著变化.使用熔融、蒸发、等离子体吸收和屏蔽及冲击硬化的观点,定性地解释了不同脉冲能量激光作用下烧蚀区不同形貌的成因.     

单次飞秒激光脉冲在玻璃内部产生多次微爆的研究

在入射能量不同的情况下，用近红外飞秒激光脉冲在重钡火石玻璃（ZBaF15）内部产生了色心和微爆，在熔融石英的内部产生了多次微爆现象.实验表明：入射能量较高时，色心的中间会产生微爆；在松聚焦条件下，一个飞秒激光脉冲在透明介质内会激发多次微爆.基于飞秒激光脉冲在透明介质内的自聚焦效应和自由电子等离子体的自散焦效应，理论分析了多次微爆产生的原因；也讨论了飞秒激光脉冲诱导玻璃折射率改变的机理.     

基于DVD光头的双光子光致漂白三维光存储

基于现有的DVD光头物镜与音圈电机，根据光致漂白的双光子吸收气维光信息存储原理，以钛蓝宝石飞秒脉冲激光进行双光子光信息写入和读出，利用音圈电机进行选层，在新型光致漂白材料二苯乙烯衍生物中进行光致漂白二进制编码信息的存储和读出实验研究；实现了三层光信息存储，信息点间距和信息层间距分别为4μm和15μm；用Matlab软件读出信息的信号强度并对其进行了识别，识别结果与写入的二进制编码信息完全一致。实验证明了用DVD光头进行双光子三维光数据存储的可行性，表明双光子吸收光致漂白技术可以与现有CD／DVD兼容，为实现多层高密度和超高密度光信息存储打下基础。     

Three-dimensional optical storage in fused silica using modulated femtosecond pulses

Three-dimensional bitwise optical recording with a density of 500 Gb/cm3 in fused silica using a Ti:sapphire femtosecond laser modulated by binary digits is demonstrated. Laser pulses modulation is realized by modulating two circuits of trigger pulses signal which are used to control laser pulses trapping and switching out from cavity, respectively. Bits are optically readout in both a parallel reading (phase-contrast) and a serial reading (confocal-type) methods. The method for modulating laser pulses can also be used in all of pulsed laser systems which operate in cavity-dumping configuration.     

Frequency conversion of subnanojoule femtosecond pulses in microstructure fibers

We experimentally demonstrate highly efficient multiplex frequency conversion of unamplified subnanojoule femtosecond pulses of Ti:sapphire laser radiation in fused silica microstructure fibers. Nonlinear optical spectral transformation of femtosecond pulses in an array of fused silica threadlike channels in these microstructure fibers results in the generation of isolated anti-Stokes spectral components within the wavelength range of 400–500 nm. An efficiency of frequency conversion of about 20% is achieved for 800-nm pump pulses with an energy of 0.7 nJ and a pulse duration of 70 fs.     

飞秒激光与透明介质的相互作用

随着飞秒(1fs=1×10-15s)激光技术的不断成熟,飞秒激光器不但在实验室能产生小于10fs的光脉冲,啁啾放大后的飞秒光脉冲的聚焦峰值功率密度可达到1021W/cm2以上,而且飞秒激光系统已实现全固体、小型化结构,其稳定性和可靠性大大提高,因此在科学技术研究中的应用越来越广.文章重点介绍飞秒激光的主要特性和它与透明介质[如熔融石英、光学玻璃、对激光透明的高分子聚合物(PMMA)等]的相互作用过程,分析它们之间的非线性相互作用过程引起的材料特性或结构变化的物理机制和可能的应用,尤其在高密度大容量三维存储和微光子器件制造等方面的应用可能性.     

基于交叉偏振波产生的脉冲净化技术研究与应用

本文利用交叉偏振波产生技术(XPW)对800 nm波段钛宝石飞秒激光器输出的激光脉冲进行时域净化, 提高脉冲时域对比度, 并测量验证了10¹¹对比度的脉冲, 达到测量仪器的动态范围极限, 比初始脉冲时域对比度有三个量级的提高, XPW的效率为22%. 同时发现净化后脉冲光谱宽度也得到一定展宽, 进一步利用啁啾镜对和补偿片对净化后的脉冲进行色散补偿, 得到25 fs脉宽的脉冲. 利用该净化后的激光脉冲作为种子注入已有的太瓦级钛宝石啁啾脉冲放大系统中, 在输出脉冲能量250 mJ, 宽度50 fs, 对应峰值功率5 TW的情况下, 在主脉冲前100 ps以外的范围内测量验证了10¹¹的脉冲对比度.