三光束飞秒激光干涉在GaP,ZnSe表面诱导二维复合纳米-微米周期结构

报道了三光束飞秒激光干涉在GaP和ZnSe晶体表面诱导二维复合纳米-微米周期结构.改变三束光的偏振组合方式,可以得到不同的纳米-微米复合结构.理论计算了相应偏振条件下光场强度分布、椭偏度分布和偏振方向分布.实验和理论计算结果表明,烧蚀斑上的微米长周期结构是由三光束干涉的强度花样决定,短周期纳米结构是由光场的偏振干涉花样决定.这些研究在纳米材料制备、超高密度光存储以及材料特性周期性调制等方面有很大的应用前景.     

飞秒激光诱导硒化锌晶体表面自组织生长纳米结构

 以250 kHz高重复频率钛宝石飞秒激光聚焦到硒化锌晶体表面,利用扫描电子显微镜观测飞秒激光辐照后晶体的表面结构。发现线偏振激光辐照的区域形成了自组织周期性纳米结构,其周期为160 nm左右,并且可以通过改变激光的偏振方向调节纳米光栅结构的取向;当晶体相对于激光光束以10 mm/s速度移动,经激光扫描后,在晶体表面形成了长程类布拉格光栅。当飞秒激光光束为圆偏振光时,辐照区域形成均匀的纳米颗粒。     

飞秒激光诱导自组织纳米光栅偏振散射特性研究

实验证实飞秒激光在透明材料内部诱导的周期性纳米条纹具有特殊的光学特性。采用时域有限差分方法(FDTD)分别对单元纳米光栅和纳米光栅阵列的散射特性进行研究,分析结果显示纳米光栅的散射对入射激光的偏振方向敏感;散射强度与入射激光波长相关,波长越长、散射越弱。对于纳米光栅阵列,平行于纳米光栅的散射强度比垂直于纳米光栅的散射强度小两万倍。最后从理论上验证了Ⅱ类波导和纳米光栅偏振导光是由纳米光栅的散射引起的而不是双折射效应。     

单光束飞秒激光诱导微纳周期结构的现象与机理

飞秒激光具有超快和超强（聚焦后局域电场达到10^10V／cm，相当于氢原子的库仑场强）的特点，因此它与材料发生相互作用时会产生多光子吸收、多光子电离、自聚焦等非线性效应．文章介绍最近发现的单光束飞秒激光在物质内部诱导自组装纳米光栅，沿光束传播方向排列成行的纳米周期孔洞结构以及材料表面诱导纳米周期结构等新现象，并对这些现象的机理作了阐述．     

单光束飞秒激光诱导微纳周期结构的现象与机理

飞秒激光具有超快和超强（聚焦后局域电场达到1010 V/cm,相当于氢原子的库仑场强）的特点,因此它与材料发生相互作用时会产生多光子吸收、多光子电离、自聚焦等非线性效应.文章介绍最近发现的单光束飞秒激光在物质内部诱导自组装纳米光栅,沿光束传播方向排列成行的纳米周期孔洞结构以及材料表面诱导纳米周期结构等新现象,并对这些现象的机理作了阐述.     

飞秒激光诱导ZnO :Al薄膜周期结构及其光致发光特性

利用单束800 run飞秒激光在掺杂了Al的ZnO薄膜中制备了纳米周期条纹结构.研究了不同能流密度的飞秒激光在照射不同的时间后,表面纳米周期结构的变化规律及其形成机制.利用He-Ge激光器作为激发光源,研究了ZnO:Al薄膜的光致发光特性及其与纳米周期结构的关系.结果表明,近带隙发光增强的主要原因是800 nm飞秒激光...     

不同烧蚀条件下飞秒激光脉冲诱导ZnO纳米结构研究

烧蚀条件对飞秒激光脉冲诱导氧化锌纳米结构有重要影响.研究了800 nm,150 fs,250 kHz的飞秒激光脉冲分别在空气中,去离子水中以及无水乙醇中垂直聚焦于氧化锌晶体表面,诱导形成不同形态的纳米结构.实验结果表明,在空气中利用飞秒激光脉冲辐照样品表面,形成了周期为180 nm的纳米线;在去离子水中辐照诱导形成了由氧化锌纳米线聚集而成的"纳米球";在无水乙醇中形成出现分叉结构的纳米线.拉曼光谱分析辐照前后晶体晶相结果表明,形成的纳米结构相对于辐照前特征峰437 cm-1强度有所下降,在570 cm-1处的峰值则显著增强.分析了在各种烧蚀条件下诱导形成纳米结构的演化过程以及物理机理.     

飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构

利用波长为800 nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265 J/cm2时,钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102 J/cm2时,主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。     

飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构

利用波长为800 nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265 J/cm2时,钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102 J/cm2时,主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。     

飞秒激光加工蓝宝石超衍射纳米结构

蓝宝石具有超强硬度及耐腐蚀、耐高温、在紫外-红外波段具有良好的透光性等优点,在军工业以及医疗器械方面具有广泛的应用前景.然而这些优点又对蓝宝石的机械加工或化学腐蚀加工带来困难.飞秒激光脉冲具有热损伤小、加工分辨率高、材料选择广等特点,被广泛应用于固体材料改性和高精度三维微纳器件加工.本文提出了利用飞秒激光多光子吸收特性在蓝宝石表面实现超越光学衍射极限的精细加工.利用聚焦后的波长为343 nm的飞秒激光,配合高精密三维压电位移台,实现激光焦点和蓝宝石晶体的相对三维移动,在蓝宝石晶体衬底上进行精确扫描,得到了线宽约61 nm的纳米线,纳米线间的最小间距达到142 nm左右.利用等离子体模型解释了加工得到的纳米条纹的产生原因,研究了激光功率、扫描速度对加工分辨率的影响.最终本工作实现了超越光学衍射极限的加工精度,为实现利用飞秒激光对高硬度材料的微纳结构制备提供了参考.     

飞秒光镊技术及其发展

激光捕获技术是利用光辐射力来捕捉、移动和操纵微粒的先进技术。飞秒光镊在实现粒子微纳操纵的同时还伴随着非线性现象的发生。阐述了飞秒光镊的模型和原理以及系统的各种结构形式,包括单光束梯度力光阱、贝塞耳光阱、双光束光纤光阱和冲击波光阱几种形式,并分析了每种形式的特点。     

SEM and Raman spectroscopy analyses of laser-induced periodic surface structures grown by ethanol-assisted femtosecond laser ablation of chromium

The effect of fluence and pulse duration on the growth of nanostructures on chromium (Cr) surfaces has been investigated upon irradiation of femtosecond (fs) laser pulses in a liquid confined environment of ethanol. In order to explore the effect of fluence, targets were exposed to 1000 pulses at various peak fluences ranging from 4.7 to 11.8?J?cm^–2 for pulse duration of ～25?fs. In order to explore the effect of pulse duration, targets were exposed to fs laser pulses of various pulse durations ranging from 25 to 100?fs, for a constant fluence of 11.8?J?cm^–2. Surface morphology and structural transformations have been analyzed by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy, respectively. After laser irradiation, disordered sputtered surface with intense melting and cracking is obtained at the central ablated areas, which are augmented with increasing laser fluence due to enhanced thermal effects. At the peripheral ablated areas, where local fluence is approximately in the range of 1.4–4?mJ?cm^–2, very well-defined laser-induced periodic surface structures (LIPSS) with periodicity ranging from 270 to 370?nm along with dot-like structures are formed. As far as the pulse duration is concerned, a significant effect on the surface modification of Cr has been revealed. In the central ablated areas, for the shortest pulse duration (25?fs), only melting has been observed. However, LIPSS with dot-like structures and droplets have been grown for longer pulse durations. The periodicity of LIPSS increases and density of dot-like structures decreases with increasing pulse duration. The chemical and structural modifications of irradiated Cr have been revealed by Raman spectroscopy. It confirms the formation of new bands of chromium oxides and enol complexes or Cr-carbonyl compounds. The peak intensities of identified bands are dependent upon laser fluence and pulse duration.     

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。     

氧压对飞秒激光沉积ZnO/Si(100)薄膜光学性能的影响

利用飞秒脉冲激光沉积法在n-Si（100）单晶衬底上制备了ZnO薄膜, 分析了衬底温度、激光能量、氧压及退火处理对薄膜结构和光学性能的影响. X射线衍射结果表明, 当激光能量为15?mJ、氧压为10?mPa时, 80?℃生长的薄膜取向性最好. 场扫描电子显微镜结果显示薄膜的晶粒尺寸随激光能量的增加而减小、随衬底温度的升高而增大且退火后明显变大. 紫外-可见透射光谱显示薄膜具有90%以上的可见光透过率.光致发光谱表明当氧压为10 mPa时,除了ZnO的紫外本征峰外, 还有一波长为410 nm的强紫光峰, 当氧压增至20 mPa以上, 所有缺陷峰均消失, 只有376 nm处的紫外本征峰. 与纳秒激光法所制备的薄膜特性进行了比较, 结果表明, 虽然纳秒激光沉积所制备的薄膜具有更高的c轴取向度, 但飞秒激光沉积制备的薄膜具有更好的发光性能. 关键词： 氧化锌 飞秒脉冲激光沉积 透过率 光致发光     

Fabrication of complex nanostructures on ZnO crystals by the interference of three femtosecond laser beams

By adjusting the laser polarization combinations, fluences and pulse numbers, we fabricated several types of two-dimensional (2D) complex nanostructures on the surface of c-cut ZnO single crystal by the interference of three femtosecond laser beams with central wavelength of 800 nm, pulse duration of 50 fs and pulse repetition frequency of 1 kHz. The hexagonal 2D nanostructures with a period of 600 nm are very regular and uniform, in which nanoparticles, nanorings and nanoripples with sizes of 200 nm are embedded. Excited by 800 nm femtosecond laser pulses, the photoluminescence (PL) micrographs reveal that the 2D nanostructures can emit purer and brighter blue light compared with the plane surface. These nanostructures have potential applications in blue light-emitting diodes (LEDs), high density optical storage and other optoelectronic devices.     

利用多束飞秒激光干涉在金属箔和金属薄膜上形成阵列孔

报道了利用五束飞秒激光干涉，在镍箔和镀在玻璃上的铝膜上制备阵列孔的方法。光学显微镜和扫描电镜观察发现飞秒激光照射后在金属箔和薄膜上形成了微米量级的阵列孔。这一技术允许一步、大尺寸、微米量级的加工金属材料，具有潜在的工业应用价值。