激光波长对水中金属元素激光诱导击穿光谱探测的影响

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)在海洋应用中的问题,对1 064和532nm两个激发波长下水中LIBS光谱特性进行探测分析,以比较其烧蚀效果。通过激光诱导等离子体的时间分辨光谱,分析水下等离子体电子密度随时间的演化规律,1 064nm激光诱导等离子体寿命约为1 200ns,而532nm激光激发情况下等离子体寿命仅约为600ns。基于光在水中的传输特性和LIBS的实验结果,建立了获得最佳LIBS探测效果所需的入水前激光脉冲能量Eiopt(r)与探测距离r的关系,并应用到水下原位探测的模拟分析。结果表明,当探测距离不大于5cm时,所需的入水前1 064nm激光单脉冲能量小于100mJ,该激发波长可用于LIBS的水下探测;当探测距离增至10cm时,所需的入水前532nm激光单脉冲能量只需30mJ左右。因此,当原位探测距离增加时,则需考虑选择532nm激光作为烧蚀光源。     

用激光诱导击穿光谱测量铝合金的激光烧蚀阈值

采用正交几何配置的双波长双脉冲激光烧蚀-激光诱导击穿光谱技术准确测量了铝合金样品的激光烧蚀阈值。在烧蚀激光波长为532 nm、脉宽为12 ns并采用焦距为2 cm的非球面透镜强聚焦的条件下,得到铝合金的激光能量烧蚀阈值为48 J,等效的能量密度烧蚀阈值为9.8 J/cm2。该技术是一种新的激光烧蚀阈值的光谱测量手段,与传统的测量技术相比,具有高灵敏、准确、快捷和便利的特点,可以用于不同材料的激光烧蚀阈值的准确测量。     

激光触发伪火花开关的研究

通过等离子体建模仿真及物理实验结合的方式验证了激光触发伪火花开关的可行性。分别使用波长266 nm和532 nm的激光,对激光触发伪火花开关的最低激光触发能量、阳极着火延迟时间和时间跳动三项参数进行测试。在非聚焦模式下,仅调整激光能量,测得开关在波长266 nm激光触发下,最低触发能量为15 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为340 ns,时间跳动约为40 ns;在波长532 nm激光触发下,最低触发能量为83 mJ,该触发能量下,阳极着火延迟时间约为420 ns,时间跳动约为60 ns。在维持实验平台不变的情况下,仅对入射激光进行聚焦,测得波长266 nm激光触发下,最低触发能量为4 mJ,当触发能量8 mJ时,阳极着火延迟时间190 ns,开关时间跳动小于1 ns;波长532 nm激光触发下,最低触发能量为6 mJ,当激光触发能量为8 mJ时,阳极着火延迟时间240 ns,开关时间跳动小于1 ns。     

Nd:LuYAG混晶1123 nm被动调Q激光器

文章报道了一个二极管激光抽运的1123 nm被动调Q激光器. 激光晶体为混晶Nd:LuYAG, 饱和吸收体选为Cr⁴⁺:YAG晶体. 在连续运转情况下, 最高输出功率为2.77 W, 对应的光-光转换效率为29.53%. 调Q运转时, 在9.38 W吸收抽运功率下, 最高输出功率为0.94 W. 脉冲宽度整体在105 ns左右. 在最高吸收抽运功率下, 1123 nm激光的输出重复频率为9.40 kHz, 对应的单脉冲能量可达100 μJ, 高于目前报道的单晶Nd:YAG 1123 nm单脉冲能量, 证明其在能量存储方面较单晶Nd:YAG更具优势. 另外, 据我们所知, 这是关于混晶Nd:LuYAG 1123 nm输出的首次报道.     

飞秒激光脉冲作用下氧化镁的烧蚀及其超快动力学过程

研究了双面抛光氧化镁单晶（111）表面800 nm飞秒激光单脉冲烧蚀阈值和激光脉宽的依赖关系.利用泵浦-探针技术,测量不同能量和脉宽作用下飞秒激光烧蚀的时间分辨反射率的演化.通过扫描电镜观察其烧蚀形貌,发现大量的沿氧化镁［100］晶向开裂的裂纹.讨论了表面裂纹的形成机理,并解释了飞秒激光烧蚀氧化镁的超快动力学过程.     

LD泵浦全固态355nm紫外皮秒脉冲激光器

利用激光二极管（LD）端面抽运Nd∶YVO4激光晶体皮秒三倍频355nm全固态紫外激光器,采用半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模技术及皮秒再生放大技术,对1 064 nm基波采用Ⅰ类相位匹配Li3B3O5（LBO）晶体二倍频和Ⅱ类相位匹配LBO晶体三倍频,获得了稳定性好、倍频效率较高的355 nm紫外激光输出。当二极管泵浦功率为5 W时,获得了脉宽为17 ps、重复频率为1 Hz、单脉冲能量为129.6 J的稳定三倍频紫外激光输出,基频光到二倍频光和三倍频光的转换效率分别达到60.3%和16.6%,3 h输出单脉冲能量的抖动在0.58%以下。     

1 319和1 338 nm双波长Nd:YAG脉冲激光输出实验研究

 根据计算得到的双波长激光振荡的阈值条件,激光实验中对全反镜镀制1 319和1 338 nm的全反膜（其反射率大于99.73%,而对1 064 nm激光的反射率约为7%）;输出镜采用对1 064 nm强谱线95%的高透过率,而对1 319和1 338 nm谱线的透过率分别为34.7%,32.5%,有效抑制了强线1 064 nm振荡,成功实现了1 319和1 338 nm Nd:YAG同时双波长激光脉冲输出。当输入能量为125 J时,1 319和1 338 nm脉冲双波长激光的单脉冲总输出能量为0.89 J,电-光转换效率为0.71%,斜率效率为0.89%。输出的双波长激光的中心波长分别在1 318.8和1 338.2 nm处,谱线宽度（FWHM）分别为0.35和0.48 nm,强度之比为36:44。     

532和1 064 nm激光的水下LIBS探测对比研究

海洋是国家可持续发展的战略要地,迫切需要海洋探测技术的快速发展,光谱类的化学传感器由于具有原位、非接触和长期探测的优势日益成为研究热点。为了将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术应用于海洋原位探测,采用532和1 064 nm波长激光在能量分别为3和40 mj附近进行烧蚀,对比实验研究了532和1 064 nm激光作用下的LIBS击穿特性,并重点探讨了水下激光传输距离对LIBS信号的影响。结果显示,采用1 064 nm的激光能够获得更高的谱线强度和信背比,以及更长的等离子体寿命,但LIBS信号稳定性较差;受水体对不同波长激光能量衰减不同的影响,在水下传输距离2～5 cm范围内,随着1 064 nm激光能量的衰减LIBS信号衰减也很明显,而位于海水“透射窗口”的532 nm的激光LIBS信号基本保持不变。为今后LIBS海洋原位探测系统的开发提供了有价值的设计依据。     

Bi靶激光等离子体极紫外光源以及碎屑辐射特性研究

激光等离子体极紫外光源具有体积小、稳定性高和输出波长可调节等优势,在极紫外光刻领域发挥着重要的作用。Bi靶激光等离子体极紫外光源在波长9～17 nm范围内具有较宽的光谱,可应用于制造极紫外光刻机过程中所需的极紫外计量学领域。利用平像场光谱仪和法拉第杯对Bi靶激光等离子体极紫外光源以及离子碎屑辐射特性进行了实验研究。在单脉冲激光打靶条件下,实验中观察到Bi靶激光等离子极紫外光谱在波长12.3 nm处出现了一个明显的凹陷,其对应着Si L-edge的吸收,是Bi元素光谱的固有属性。相应地在波长为11.8和12.5 nm位置处产生了两个宽带的辐射峰。研究了两波长光谱特性以及辐射强度随激光功率密度的变化。结果表明,在改变聚焦光斑大小实现不同激光功率密度（0.7×1010～3.1×1010 W·cm-2）过程中,当功率密度为2.0×1010 W·cm-2时两波长处的光辐射最强,其原因归结为Bi靶极紫外光辐射强度受激光能量用于支撑等离子膨胀的损失和极紫外光被等离子体再吸收之间的平衡制约所致。在改变激光能量实现不同激光功率密度过程中,由于烧蚀材料和产生两波长所需高阶离子随着功率密度的增加而增加,增强了两波长处的光辐射。进一步,研究了双脉冲激光对Bi靶极紫外光谱辐射特性影响,实验发现双脉冲打靶下原来在单脉冲打靶时出现在波长13～14 nm范围内的凹陷消失。最后,对单脉冲激光作用Bi靶产生极紫外光源碎屑角分布进行了测量。结果表明,当探测方向从靶面法线方向移动到沿着靶面方向上的过程中,探测到Bi离子动能依次减小,并且离子动能随激光脉冲能量降低而呈线性减小。此项研究有望为我国在研制极紫外光刻机过程所需的计量学领域提供技术支持和打下夯实的基础。     

LD脉冲侧面泵浦Nd∶YAG电光调Q低重频窄脉宽紫外激光器

介绍了在1~20 Hz电光调Q情况下,半导体脉冲激光侧面泵浦Nd∶YAG晶体腔外四倍频266 nm紫外激光器的输出特性.实验采用直腔结构,在腔外分别利用KTP和BBO晶体产生532 nm倍频绿光、266 nm四倍频紫外激光.当泵浦电流为120 A、重复率为1 Hz时,266 nm紫外激光最大单脉冲能量为15.4 mJ、脉宽8 ns,峰值功率高达1.93 mW;重复率20 Hz时,获得了最大平均功率为156.2 mW的266 nm紫外激光输出,四倍频的转换效率为10.63％.同时利用一组分光镜,获得了352 mW的532 nm脉冲绿光和423 mW的1 064 nm脉冲红外光输出.     

Nd:YAG纳秒激光诱导硅表面微结构的演化

利用Nd:YAG纳秒激光(波长为532和355 nm)对单晶硅在真空中进行了累积脉冲辐照,研究了表面微结构的演化情况.在激光辐照的初始阶段,532和355 nm激光脉冲均在硅表面诱导出了波纹结构,后者辐照硅表面后形成了近似同心但稍显混乱的环形波纹结构.随着脉冲数的增加,波纹结构逐渐演化为一种类似珠形的凹凸结构,最后形成准规则排列的微米量级锥形结构,该微结构的生长依赖于表面张力波和结构自组织.分析发现,形成的交叉环形结构主要是在355 nm激光辐照硅的过程中,表面张力波导致波纹结构部分叠加的结果.     

The 266-nm ultraviolet-beam generation of all-fiberized super-large-mode-area narrow-linewidth nanosecond amplifier with tunable pulse width and repetition rate

We report on a compact, stable, all-fiberized narrow-linewidth (0.045 nm) pulsed laser source emitting laser beam with a wavelength of 266 nm, and tunable pulse width and repetition rate. The system is based on all-fiberized nanosecond amplifier architecture, which consists of Yb-doped fiber preamplifiers and a super-large-mode-area Yb-doped fiber power amplifier. The fiber amplifier with a core of 50 μ is used to raise the threshold of the stimulated Brillouin scattering (SBS) effect and to obtain high output power and single pulse energy. Using lithium triborate (LBO) crystal and beta-barium borate (BBO) crystal for realizing the second-harmonic generation (SHG) and fourth-harmonic generation (FHG), we achieve 17 μJ (1.73 W) and 0.66 μJ (66 mW), respectively, at wavelengths of 532 nm and 266 nm and a repetition rate of 100 kHz with pulse width of 4 ns. This source has great potential applications in fluorescence research and solar-blind ultraviolet optical communication.     

532nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤特性研究

随着光电对抗和超短脉冲激光技术的发展,研究超短脉冲激光与单晶硅相互作用具有非常重要的理论和实际意义.为了进一步明确532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤机理,本文开展了532 nm皮秒脉冲激光辐照单晶硅的损伤效应实验研究,测定了损伤阈值,明确了损伤机理,探讨了低通量下的脉冲累积效应.首先,利用波长为532 nm、脉冲宽...     

1064 nm纳秒脉冲激光诱导硅表面微结构研究

利用Nd:YAG纳秒激光(波长为1064 nm)在不同气氛(空气、N₂,真空)中对单晶硅进行累积脉冲辐照,研究了表面微结构的演化情况.在激光辐照的初始阶段,与532和355 nm纳秒脉冲激光在硅表面诱导出波纹结构不同,1064 nm脉冲激光诱导出了微孔结构和折断线结构,并且硅的晶面取向不同,相应的折断线结构也不同.对于Si(111)面,两条折线交角为120°或60°,形成网状;而对于Si(100)面,两条折断线正交,从而将表面分成了15—20 μm的矩形块.结果表明,微孔结构的生长过程主要与相爆炸有关,而折断线的形成主要是热应力作用的结果.不同气氛对微结构形成的影响表明,刻蚀率和生长率与微结构的形成有密切的关系. 关键词： 纳秒激光 硅的微结构 相爆炸 热应力     

Direct Generation of Tunable UV Picosecond Laser Pulses Using Spectrotemporal Selection

ＤｉｒｅｃｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎａｂｌｅＵＶＰｉｃｏｓｅｃｏｎｄＬａｓｅｒＰｕｌｓｅｓＵｓｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｔｅｍｐｏｒａｌＳｅｌｅｃｔｉｏｎＮｇｕｙｅｎＤａｉＨｕｎｇ１）ＹｕｓａｂｕｒｏＳｅｇａｗａ（ＰｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃＲｅｓｅａ...     

Silver nanoparticles produced by PLD in vacuum: role of the laser wavelength used

In this work we report the results of investigation of silver (Ag) nanoparticles prepared on a silica substrate by laser ablation. Our attention was focused on the mean diameter, size distribution and optical absorption properties of nanoparticles prepared in vacuum by using different laser wavelengths. The fundamental wavelength and the second, third, and fourth harmonics of a nanosecond Nd:YAG laser were used for nanoparticles fabrication. The corresponding values of the laser fluence for each wavelength were: 0.6 J/cm² at 266 nm, 0.8 J/cm² at 355 nm, 2.8 J/cm² at 532 nm, and 2 J/cm² at 1064 nm. The Ag nanoparticles produced have mean diameters in the range from 2 nm to 12 nm as the nanoparticles’ size decreases with the decrease of the wavelength used. The presence of the Ag nanoparticles was also evidenced by the appearance of a strong optical absorption band in the measured UV-VIS spectra associated with surface plasmon resonance (SPR). A redshift and widening of the absorption peak were observed as the laser wavelength was increased. Some additional investigations were performed in order to clarify the structure of the Ag nanoparticles.     

激光二极管侧面泵浦高功率266 nm紫外激光器

 报道了一种半导体激光列阵侧面泵浦Nd：YAG四倍频266 nm全固态紫外激光器,采用Z型腔结构,Ⅰ类临界相位匹配LBO和BBO晶体分别作为二倍频晶体和四倍频晶体。在调制频率为5 kHz时,最终获得了2.1 W的266 nm紫外激光输出,单脉冲能量420 μJ, 绿光到紫外激光的转换率为13.13%,在相同的泵浦功率下利用V型腔结构仅获得305 mW的266 nm紫外激光输出。     

基于低散射和高增益全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器

利用低官能度的丙烯酸酯单体进行全息液晶/聚合物光栅的制备, 获得了具有聚合物支撑形貌的光栅结构. 由于这种光栅内部不存在液晶微滴, 当作为分布反馈式激光器的谐振腔时, 可以有效降低光栅内部的散射损失(<4%), 降低激光腔损耗. 此外, 选用的高折射率单体提升了光栅的折射率调制量, 增强了光栅的反馈增益. 在以上两种因素的共同作用下, 采用染料DCM为激光工作物质, 以532 nm的Nd:YAG脉冲激光器作为抽运光源, 最终获得了中心波长为635 nm, 转化效率为1.2%的高性能激光, 在以阈值能量0.8 μJ/pulse抽运下获得激光线宽0.3 nm, 较之国内外同类激光器的报道, 在阈值、线宽、转化效率三方面均有不同程度提升.     

Biocompatible film deposition by using Nd:YAG pulsed laser

A Nd:YAG laser operating at the fundamental wavelength (1064 nm) and at the second harmonic (532 nm), with 9 ns pulse duration, 100–900 mJ pulse energy, and 30 Hz repetition rate mode, was employed to ablate in vacuum (10^?6 mbar) biomaterial targets and to deposit thin films on substrate backings. Titanium target was ablated at the fundamental frequency and deposited on near-Si substrates. The ablation yield increases with the laser fluence and at 40 J/cm ² the ablation yield for titanium is 1.2×10¹⁶ atoms/pulse. Thin film of titanium was deposited on silicon substrates placed at different distance and angles with respect to the target and analysed with different surface techniques (optical microscopy, scanning electron spectrosopy (SEM), and surface profile).

Hydroxyapatite (HA) target was ablated to the second harmonic and thin films were deposited on Ti and Si substrates. The ablation yield at a laser fluence of 10 J/cm ² is about 5×10¹⁴ HA molecules/pulse. Thin film of HA, deposited on silicon substrates placed at different distance and angles with respect to the target, was analysed with different surface techniques (optical microscopy, SEM, and Raman spectroscopy).

Metallic films show high uniformity and absence of grains, whereas the bio-ceramic film shows a large grain size distribution. Both films found special application in the field of biomaterial coverage.