聚焦激光束在微纳材料中的应用

低维微纳材料因其特有的小尺寸效应以及由此而来丰富的物理性质,预示着其在后摩尔时代的电子、光电器件中将发挥重要作用。由于微纳材料的小尺寸特性,通过运用传统技术,很难实现对微纳材料的精准操控,制约了微纳材料在微型化、集成化、多元化器件中的应用。文章回顾了聚集激光技术的发展历程,重点介绍如何通过聚焦激光束实现对微纳材料的精准操控、加工与改性,并对聚焦激光技术的研究前景进行展望。     

聚焦激光束加热时脉冲光热偏转光谱的理论及构型优化

本文给出了聚焦激光束加热时脉冲光热偏光谱的理论，考虑了加热束传输特性和探测束有限尺寸的影响，比较了各种理论模型及其适用范围，并对紧聚焦激光束加执焊脉冲光热偏转光谱的各项结构参数进行了优化。     

激光束在大气中长距离传输聚焦特性的研究

研究了大气湍流与热晕对于几种不同波长激光束的的长距离传输聚焦特性的影响。光束质量与光束漂值的理论与实验值基本一致。     

超几何激光束通过聚焦光学系统的光力研究

基于贝塞尔积分及广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方法,导出了超几何激光束通过聚焦透镜光学系统的光场解析传输公式,计算了其在不同传输距离的光强分布特性。研究了超几何光束对瑞利微粒的辐射力和梯度力的分布情况,并对超几何激光束的捕获稳定性条件进行了分析。     

激光照明条件对超振荡平面透镜聚焦性能的影响

超振荡平面透镜(super-oscillatory lens, SOL)是近几年出现的新型平面光学元件,基于矢量角谱理论设计了振幅型和相位型SOL,采用时域有限差分法对衍射聚焦光场进行严格电磁仿真计算,研究发现:当照明激光束腰半径w₀小于SOL半径a时,超衍射极限聚焦能力明显下降,聚焦光斑强度衰减超过50%;束腰半径w₀对相位型SOL影响更剧烈,且会发生显著正向焦移;当w₀不小于2a时可获得接近理想的聚焦特性.倾斜照明条件下,大数值孔径振幅型SOL一般允许的倾斜角度小于10°,而相位型SOL具有宽广的倾角适应性(可超过40°),聚焦光斑会发生横向展宽,且强度急剧下降.大数值孔径SOL对无限远点物成像会产生显著的负畸变和波动变化的场曲,小数值孔径SOL在宽视场范围内则无畸变.本文研究结果为SOL在超衍射极限聚焦、超分辨显微成像、飞秒激光直写微纳加工等领域的实际应用提供重要理论支撑.     

聚焦强激光束大气传输的数值模拟

用非自适应坐标变换技术求解聚焦强激光束大气传输的热晕问题,实践表明对提高计算精度和速度十分有效,但在焦平面附近的计算,由于热晕的散焦作用,原有技术有一定困难。通过提出一种改进的非自适应坐标变换技术,克服了原有变换的缺陷,有效提高了计算精度和速度,并减少了计算机内存的占用。     

聚焦强激光束大气传输的数值模拟

 用非自适应坐标变换技术求解聚焦强激光束大气传输的热晕问题，实践表明对提高计算精度和速度十分有效，但在焦平面附近的计算，由于热晕的散焦作用，原有技术有一定困难。通过提出一种改进的非自适应坐标变换技术，克服了原有变换的缺陷，有效提高了计算精度和速度，并减少了计算机内存的占用。     

高阶模激光束通过会聚光学系统的聚焦特性

以惠更斯 -菲涅尔原理和取样理论为基础 ,利用计算机编程计算和绘图软件 Graftool得到高阶模激光束 (如厄米 -高斯光束 TEM1 1 、TEM1 2 (或 TEM2 1 )、TEM2 2 和拉盖尔 -高斯光束 TEM1 0 、TEM1 1 )经过会聚光学系统 (以双透镜聚焦系统为例 )传播后的聚焦曲线 (r- z)。在聚焦曲线上 ,r的极小值 rmin就是激光束会聚的聚焦光斑尺寸 ,对应的 z值是束腰位置 zfocus。这样就从理论上获得了上述激光束通过会聚光学系统后的束腰位置和聚焦光斑尺寸 ,从而为研究高阶模激光束的聚焦问题提供了一种新方法     

随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。     

高准确度多功能激光直写装置

采用高数值孔径物镜和高准确度纳米平台搭建了一台激光直写装置,可以在光敏感薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作,其最小特征尺寸小于300 nm,重复性5 nm.在刻写前准确标定刻写激光功率,刻写过程中采用象散法精确自动聚焦,刻写完成后采用两种不同波长的激光束探测样品的透过率和反射率的细微变化,最终实现了高准确度亚微米图形的刻写和检测.     

高准确度多功能激光直写装置

采用高数值孔径物镜和高准确度纳米平台搭建了一台激光直写装置,可以在光敏感薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作,其最小特征尺寸小于300 nm,重复性5 nm.在刻写前准确标定刻写激光功率,刻写过程中采用象散法精确自动聚焦,刻写完成后采用两种不同波长的激光束探测样品的透过率和反射率的细微变化,最终实现了高准确度亚微米图形的刻写和检测.     

基于聚焦透镜的微扫描应用

微扫描有多种应用方法,若应用方法选择不当会增加控制难度或引入新的成像问题。介绍了一种基于聚焦透镜的微扫描应用,包括应用原理及组成、应用实例及其装调、应用效果。实践表明,这种微扫描方式不仅提高了焦平面阵列的成像质量,而且没有引入新的成像问题,可以满足红外焦平面阵列成像的需求。     

球面微通道板的X射线聚焦特性

为了实现X射线聚焦所期望的任意聚焦长度,将微通道板两端面沿同一侧凹陷成球面,其曲率半径视聚焦长度而定,相应的圆柱形通道发生微小的变化。利用简单的一维模型,计算出X射线经微通道板后的反射效率等一系列聚焦参数。结果表明,这种微通道板类似于X射线透镜,其应用是相当广泛的。     

仿生辐射制冷的研究进展

辐射制冷是一种通过光谱调控来实现降温的新型制冷技术,相比于传统的主动制冷技术,如吸收式制冷、压缩制冷等,具有独特的优势,在环境保护和能源利用方面具有重要意义.本文首先从辐射制冷的基本原理出发,介绍了自然界中生物所具有的辐射降温特性.不同生物通过其材料、微观结构、行为等实现辐射制冷调控,为人类探究新型辐射制冷材料和器件带来了启发.本文也归纳了生物的辐射制冷机制,总结了生物结构的优化方法,并介绍了当前仿生辐射制冷的研究进展,对仿生辐射制冷的研究方向、应用前景和材料制备方法进行了展望.高功率、智能化的辐射制冷材料和器件是未来仿生辐射制冷的重要发展方向,先进微纳加工技术的融入将使仿生辐射制冷在未来具有更广阔的市场和应用.     

基于PDMS的光纤端面微纳结构转移法

微纳光纤传感器将微纳加工与光纤传感技术有机结合,具有重大的科研意义和产业化潜力。现有加工方法无法达到任意复杂三维结构可制备化,从而限制了微纳光纤传感器的发展。介绍了一种新型微纳加工方法,该方法在聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上实现微纳结构的制备,之后将薄膜连同微纳结构一同转移到光纤端面,在光纤端面实现人为定义三维立体微纳结构。通过在扫描电镜下对制备的样品进行检测,确认PDMS薄膜及其上三维结构可被无损转移至光纤端面。该方法具有易制备、低成本且可加工三维微纳结构的特点。     

微束斑X射线源聚焦系统的数值研究

本文研究了由两个磁透镜组成的电子束打靶微束斑X射线源的聚焦系统.首先利用有限元法计算了磁透镜的磁感应强度的轴上分布,在此基础上用三次样条函数插值计算了磁场的空间分布,最后用四阶Runge-Kutta法追踪了电子的运动轨迹,并给出了入射电子束经过聚焦系统后的缩小倍率.     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

基于PET基片的柔性石墨烯应变计加工方法

针对PET塑料耐温性能较差,与标准微纳加工工艺不兼容等问题,开发了面向PET塑料基底材料的光刻、镀膜等微纳加工工艺。通过CVD生长、转移等方式将单层石墨烯薄膜附着于0.5 mm厚PET基底,并采用微纳加工的方式制备了柔性石墨烯压阻应变计。工艺结果表明,本研究所提出的加工方法适用于以PET塑料作为衬底材料的柔性微纳器件的制作。通过对PET塑料衬底施加应变并测量石墨烯的电阻变化率,可计算出石墨烯的压阻应变系数约为1.3。