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。     

线偏振光和圆偏振光下ZrO_2和Al_2O_3陶瓷材料的飞秒激光烧蚀性能

将不同脉冲数的飞秒激光作用于陶瓷材料表面,研究了线偏振和圆偏振激光对氧化锆和氧化铝陶瓷材料烧蚀阈值的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了烧蚀坑表面形貌,利用激光扫描共聚焦显微镜确定了烧蚀坑深度.结果表明:两种材料在线偏振光下的饱和烧蚀阈值均小于在圆偏振光下的值;当偏振态相同时,氧化锆饱和烧蚀阈值小于氧化铝.随脉冲数增加,线偏振和圆偏振光下氧化锆烧蚀坑表面结构均由无序向有序发展,出现了周期性环形波纹结构和纳米孔洞阵列.与线偏振光相比,圆偏振光对烧蚀坑深度的作用更明显,且烧蚀坑表面形貌对能量密度变化比较敏感,更容易产生周期性结构.     

扫描方向对金属和硅复合薄膜表面激光诱导自组织加工质量的影响(特邀)EI北大核心CSCD

激光诱导周期性表面结构的质量可通过调整激光参数、改善材料表面和优化扫描策略等手段来提高。研究了扫描方向对线偏振激光诱导金属/硅复合薄膜表面氧化LIPSS的影响。结果表明,当扫描方向垂直于激光偏振方向时,纳米结构会出现分叉、不连续等问题;当扫描方向平行于激光偏振方向时,纳米结构呈现短程有序,但在光斑拼接处存在扭曲;而当扫描方向与激光偏振方向存在一定夹角时,容易获得长程均匀有序的周期性纳米结构。数值仿真结果表明造成这些现象的原因是近场效应对自组织过程具有不可忽略的影响。     

采用飞秒激光诱导制备彩色金属

采用脉宽为35～65fs,中心波长为800nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理,并在金属表面上制备了彩色镍图案;设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面,亦制备了彩色图案。介绍了实验过程,分析了实验结果,扫描电子显微镜（SEM）形貌分析显示,经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构（NC—LIPSS）,在镍上形成的结构周期约为480—510nm,在不锈钢上形成的结构周期约为480～540nm。     

采用飞秒激光诱导制备彩色金属

采用脉宽为35～65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理,并在金属表面上制备了彩色镍图案;设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面,亦制备了彩色图案。介绍了实验过程,分析了实验结果,扫描电子显微镜(SEM)形貌分析显示,经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构(NC-LIPSS),在镍上形成的结构周期约为480～510 nm,在不锈钢上形成的结构周期约为480～540 nm。     

飞秒激光诱导图案独立显示研究

介绍了采用中心波长为800nm的飞秒激光在不锈钢(316L)表面诱导产生独立显示图案的研究。结果表明,当扫描速率为15mm/s,扫描行距为20μm,能量密度为1.1J/cm2时,飞秒激光能够在不锈钢表面形成均匀的周期为540nm的亚波长条纹结构。利用条纹结构的方向与激光光波偏振方向严格垂直的特性,通过改变激光偏振,可以在金属表面形成不同方向的条纹图案。在照明白光的辐照下,改变样品的方位角,形成的图案能够以彩色方式显示出来。此外,对使图案彩色显示的坐标区域与图案色彩能够覆盖的可见光谱范围进行了研究,并对其可能的应用进行分析。     

PMMA材料在线偏振和圆偏振光下的超连续光谱特性分析

飞秒激光在透明材料加工过程中会出现超连续光谱现象。在阐述超连续光谱产生的原理的基础上,为了分析PMMA材料在不同偏振光下产生的超连续光谱的阈值,设计了线偏光和圆偏光及不同能量加工PMMA材料的实验方案。利用光谱仪对产生的超连续光谱信号进行采集及处理,分析出不同能量下的线偏振(TE和TM)和圆偏振两种偏振态的超连续光谱的变化规律,并对比了相同能量下线偏振和圆偏振的超连续光谱的区别。实验中采用脉宽160 fs、中心波长为775 nm的飞秒激光,实验结果表明,同一偏振下能量越大,光谱谱宽越宽;通过对比不同能量下的光谱特性,观测出产生超连续光谱的阈值, 线偏振光的阈值为0.46 μJ,圆偏振光的阈值为0.586 μJ;对比相同能量下的线偏振和圆偏振光,线偏振的谱宽比圆偏振的宽。     

诱导光偏振态对激光诱导掺杂铌酸锂晶体畴反转的影响

研究了诱导光的偏振态对激光诱导原子数分数为3%掺镁同成分铌酸锂晶体和原子数分数为3%掺铪同成分铌酸锂晶体畴反转的影响.用数字全息干涉测量的方法再现了激光诱导畴反转过程中的相位分布.通过对比线偏振、圆偏振和椭圆偏振不同偏振态诱导光形成的成核场,认为诱导过程中出现的沿z方向的空间电荷场对激光诱导优先畴成核有着非常重要的影响...     

水下物体激光圆偏振成象实验及与线偏振成象的比较

采用波长532nm激光作光源,面阵CCD作探测器,利用圆偏振技术进行水下物体成象实验研究,对实验结果进行了分析并与线偏振成象技术进行了比较。结果表明无论是采用圆偏振技术还是线偏振技术都可提高水下物体成象的衬比（度）和成象距离;水体较清时圆偏振成象清晰度远远大于线偏振成象清晰度;当水体较混时,圆偏振成象清晰度大大下降和线偏振成象效果相接近。     

紫光诱导菌紫质中同圆偏振光栅的衍射调制特性

基于琼斯矩阵和菌紫质分子光循环的简化光循环模型,建立了紫光诱导同圆偏振记录光栅的理论模型,采用四波耦合光路测量菌紫质光栅的衍射效率.理论模拟和实验结果表明:加入线偏振的辅助紫光,线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互平行时,菌紫质光栅的衍射效率最大;线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互垂直时,菌紫质光栅的衍射效率最小;菌紫质薄膜中同圆偏振记录光栅的稳态衍射效率随线偏振再现光偏振方向和线偏振辅助紫光偏振方向之间的夹角按余弦规律变化.线偏振紫光能诱导同圆偏振记录光栅由非偏振光栅转化为偏振光栅.     

Femtosecond pulse laser-induced self-organized nanostructures on the surface of ZnO crystal

This paper reports self-organized nanostructures observed on the surface of ZnO crystal after irradiation by a focused beam of a femtosecond Ti：sapphire laser with a repetition rate of 250kHz. For a linearly polarized femtosecond laser, the periodic nanograting structure on the ablation crater surface was promoted. The period of self-organization structures is about 180 nm. The grating orientation is adjusted by the laser polarization direction. A long range Bragglike grating is formed by moving the sample at a speed of 10μm/s. For a circularly polarized laser beam, uniform spherical nanoparticles were formed as a result of Coulomb explosion during the interaction of near-infrared laser with ZnO crystal.     

飞秒激光在6H SiC晶体表面制备纳米微结构

激光诱导周期性纳米微结构在多种材料包括电介质、半导体、金属和聚合物中观察到。研究了800nm和400nm飞秒激光垂直聚焦于6H SiC晶体表面制备纳米微结构。实验观察到800nm和400nm线偏光照射样品表面分别得到周期为150nm和80nm的干涉条纹,800nm圆偏振激光单独照射样品表面得到粒径约100nm的纳米颗粒。偏振相互垂直的800nm和400nm激光同时照射晶体得到粒径约100nm的纳米颗粒阵列,该纳米阵列的方向随400nm激光强度增加而向400nm偏振方向偏转。利用二次谐波的观点对以上纳米结构的形成给出了解释。     

Formation of subwavelength periodic structures on tungsten induced by ultrashort laser pulses

The evolution of surface morphology of tungsten irradiated by single-beam femtosecond laser pulses is investigated. Ripplelike periodic structures have been observed. The period of these ripples does not show a simple relation to the wavelength and angle of incidence. The orientation of ripples is aligned perpendicularly to the direction of polarization for linearly polarized light. Surprisingly, we find that the alignment of the ripple structure turned left or right by 45 degrees with respect to the incident plane when using right and left circularly polarized light, respectively. The period of the ripple can be controlled by the pulse energy, the number of pulses, and the incident angle. We find a clear threshold for the formation as a function of pulse energy and number of pulses. The mechanism for the ripple formation is discussed, as well as potential applications in large-area structuring of metals.     

偏振态对飞秒激光加工石英玻璃表面质量的影响

为研究线偏振和圆偏振对飞秒激光烧蚀加工石英玻璃表面质量的影响,开展不同扫描速度的线烧蚀试验和不同线重叠率的面烧蚀试验。研究了线、圆偏振光对烧蚀线宽度的影响,利用光学显微镜和环境扫描电子显微镜观察烧蚀形貌,并使用三维表面轮廓仪进行烧蚀面粗糙度分析。结果表明:线偏振光烧蚀线宽度大于圆偏振光,且激光功率越大,线宽差异越明显;当线重叠率在65%~90%时,线偏振光烧蚀表面粗糙度随重叠率增大而增大,在重叠率为65%时达到1.33μm;线轮廓算术平均偏差随重叠率增大先减小后增大,并在重叠率为80%时达到较小值1.05μm;当重叠率不到80%时,线偏振光烧蚀面线轮廓算术平均偏差比圆偏振光小;重叠率为90%时,其线轮廓算术平均偏差反而比圆偏振光大。     

不同偏振飞秒激光经块状材料传输后的脉宽压缩

实验研究了线偏振和圆偏振状态下的飞秒强激光脉冲在块状材料中的传输过程。不同偏振的激光脉冲在传输过程中得到了不同程度的光谱展宽,经色散补偿后,脉冲时域宽度均得到了压缩。详细分析了压缩脉冲的脉宽以及啁啾情况与入射激光脉冲能量之间的关系,比较了飞秒激光在线偏振及圆偏振情况下的不同压缩效果。在线偏振入射光情况下得到了最短21fs的压缩脉冲宽度,在圆偏振情况下得到的最短脉冲宽度为22fs。实验结果表明,这种光谱展宽与色散补偿方式对圆偏振光同样适用,而且圆偏振的入射激光将更有利于对更高能量的脉冲进行压缩。在色散补偿量相同的情况下,压缩效果随入射脉冲能量变化的规律符合理论估计。     

Formation mechanisms of uniform arrays of periodic nanoparticles and nanoripples on 6H-SiC crystal surface induced by femtosecond laser ablation

Uniform arrays of periodic nanoparticles with 80-nm period are formed on 6H-SiC crystal irradiated by circularly polarized 400-nm femtosecond laser pulses. In order to understand the formation mechanism, the morphology evolvement as a function of laser pulse energy and number is studied. Periodic nanoripples are also formed on the sample surface irradiated by linearly polarized 400-, 510- and 800-nm femtosecond laser pulses. All these results support well the mechanism that second-harmonic generation plays an important role in the formation of periodic nanostructures. PACS 79.20.Ds; 42.62.Cf; 61.80.Ba; 81.05.Cy; 78.30.Am     

Self-organized periodic surface structures on ZnO induced by femtosecond laser

Self-organized periodic surface structures on ZnO have been observed after multiple linearly polarized femtosecond laser pulse irradiation. The observed self-organized structures are attributed to the second harmonics in the sample surface excited by the incident laser. The grating orientation could be adjusted by the laser polarization direction. We also find that fluences play an important role in the formation of self-organized nanostructures.     

Permanent recording of light helicity on optically inactive metal surfaces

We report on an unusual permanent recording of light helicity on optically achiral metals. Following a number of circularly polarized (CP) or elliptically polarized (EP) femtosecond laser pulses, well-defined periodic surface structures are found on metal surfaces. These surface structures show different orientation when formed by left CP/EP compared with right CP/EP light. The formation of these structures is attributed to the interference between the incident light and the excited surface plasmons. To our knowledge, this is the only phenomenon that can permanently record light helicity with an optically inactive material.