飞秒激光多光束干涉光刻硅表面减反微结构

为了得到均匀分布的硅表面微结构,提出了一种利用多束激光干涉光刻的方法来实现对硅表面微结构分布特征的控制.利用空间光调制器实现飞秒激光多光束干涉,形成分布均匀、周期可控的空间点阵,利用聚焦的空间点阵在单晶硅表面烧蚀得到规则分布的凹坑状结构,并通过改变附加给空间光调制器的相位实现对微结构分布特征及间距的控制.用扫描电子显微镜和分光光度计分别对结构的形貌特征和光学特性进行了测量,结果表明:采用底角为2°的四棱锥镜相位形成四光束干涉,通过10×物镜聚焦,在激光功率25 mW、曝光时间30 s时,可以形成间距约为3.3 μm的密排凹坑微结构,所形成的凹坑结构具有良好的减反效果,在1.2～2μm近红外波段的透过率相对抛光硅平均提高了11.5％o.     

飞秒频率梳和单频激光干涉光谱的实验研究

本文研究了光学频率梳输出的整形后飞秒脉冲激光和单频激光的干涉光谱。实验中光学频率梳和单频激光干涉的信号包括直流项、光学频率梳输出的脉冲激光相邻模式之间的干涉项和光学频率梳脉冲激光与单频激光之间的干涉项。实验上研究了光学频率梳脉冲激光与单频激光干涉信号间距和单频激光频率的关系,提供了一种快速直接测量单频激光频率的有效方法。研究了光学频率梳输出的飞秒脉冲光经过铷泡后与单频激光干涉信号和单频激光频率的关系,获得铷原子吸收光谱。该研究工作对于原子分子高精密光谱测量具有一定的意义。     

飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。     

飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。     

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.     

用于飞秒激光纳米加工的TiO_2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强

利用纳米粒子辅助对飞秒激光能量进行空间局域化,使其在基底表面诱导产生纳米尺度的近场增强,这对超衍射极限微结构加工具有重要意义.目前对于粒子阵列诱导飞秒激光纳米孔加工的研究仅限于金属Au粒子及低折射率聚苯乙烯介电粒子等,本文提出并开展了应用高折射率TiO_2介电粒子阵列作为辅助诱导激光近场增强从而进行飞秒激光超衍射纳米孔加工的研究.对TiO_2介电粒子阵列在Si,Pt及SiO_2表面的近场强度分布进行了数值模拟,研究其基底表面近场增强的规律及物理过程.研究结果发现,使用硅基底时,阵列与单一TiO_2球形粒子相比其近场增强仅下降约30%;相对于入射激光强度而言,在直径约为100nm的空间范围内获得140倍的近场增强,这一现象可用于百纳米孔的激光加工.同时在其他典型基底的理论计算结果中也表明,几乎在所有金属及介电材料表面均可以实现良好的百纳米空间范围内的近场增强,并且具有近场随着基底折射率变大而增强的规律.这些现象的产生归因于TiO_2粒子中磁四极振荡产生的激光前向场增强及粒子与基底的耦合作用.进一步引入镜像电荷模型对基底光学参数对其表面近场增强的影响规律进行了分析和解释.本文的模拟结果对飞秒激光近场超衍射极限纳米加工的应用有着重要的意义.     

飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

超短脉冲激光加热可应用于研究材料中载能子之间的超快相互作用,同时也广泛应用于超快激光加工.此前人们提出的双温度模型和抛物一步模型都只能用于描述超短脉冲激光加热金属薄膜后热量传递过程的特定片段.基于双温度模型和傅里叶导热定律,提出普适的理论模型可用于完整描述飞秒激光加热金属薄膜/基底时的整个热量传递过程.同时在300 K温度下,采用背面抽运-表面探测瞬态热反射法实验研究了飞秒脉冲激光加热金属薄膜的热量传递过程,理论预测曲线和实验测量结果符合较好,验证了理论模型的正确性.基于此模型测量得到了金薄膜的电子-声子 关键词： 飞秒脉冲激光 电子-声子耦合 界面热导 瞬态热反射     

基于多光子脉冲内干涉相位扫描法对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的研究

研制了一套基于多光子脉冲内干涉相位扫描方法的可以同时对飞秒激光脉冲进行相位测量和补偿的实验系统装置.实验中,通过自主研发的LabVIEW程序控制液晶空间光调制器和光纤光谱仪,对待测飞秒激光脉冲施加相位扫描,并同时记录受到调制的飞秒激光脉冲的倍频光谱,得到了多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)轨迹图.通过MIIPS轨迹图的三次测量和迭代运算,还原出了经过预先啁啾调制的中心波长约为810 nm、重复频率为1 kHz的飞秒激光脉冲的光谱相位,测量精度在0.1 rad以内.根据测量结果,利用液晶空间光调制器对该飞秒激光脉冲进行相位补偿,得到了近似傅里叶变换极限的飞秒激光脉冲.这一装置将在多光子显微成像、脉冲整形、飞秒激光光谱学等众多领域发挥重要作用.     

用激光分子束外延在Si衬底上外延生长高质量的TiN薄膜

采用激光分子束外延技术,利用两步法,在Si单晶衬底上成功地外延生长出TiN薄膜材料.原子力显微镜分析结果显示, TiN薄膜材料表面光滑,在10 μm×10 μm范围内,均方根粗糙度为0842nm.霍耳效应测量结果显示,TiN薄膜在室温条件下的电阻率为36×10^-5Ω·cm,迁移率达到5830 cm²/V·S,表明TiN薄膜材料是一种优良的电极材料.X射线θ—2θ扫描结果和很高的迁移率均表明,高质量的TiN薄膜材料被外延在Si衬底 关键词： 激光分子束外延 TiN单晶薄膜 外延生长     

飞秒脉冲激光对纳米金属薄膜传导模型的解

研究了一类飞秒脉冲激光对纳米金属薄膜传导模型. 首先求出模型的退化解, 然后利用摄动理论和方法, 得到了相应模型的任意次渐近解. 最后论述了解的渐近性态. 关键词： 飞秒脉冲 激光 渐近性态     

飞秒激光在双折射微结构光纤中模式控制的四波混频效应的实验研究

利用飞秒激光脉冲在长度为10cm，包层具有大空气比的双折射微结构光纤中通过高阶模相位 匹配的四波混频获得了波长可调谐的反斯托克斯波.实验中脉冲宽度为35fs，中心波长820nm ，单脉冲能量4nJ的飞秒激光脉冲耦合到长轴直径为5μm，短轴为46μm的双折射微结构光 纤中.在高阶模传输情况下，通过调制耦合光的偏振方向，获得了具有不同中心波长的反斯 托克斯波.通过对比分析，讨论了输入光的偏振态对双折射微结构光纤中高阶模式下四波混 频效应的影响情况.理论计算分析很好的解释了实验结果. 关键词： 微结构光纤 飞秒脉冲激光 四波混频     

Thermal characteristics of double-layer thin film target ablated by femtosecond laser pulses

Thermal characteristics of tightly-contacted copper--gold double-layer thin film target under ablation of femtosecond laser pulses are investigated by using a two-temperature theoretical model. Numerical simulation shows that electron heat flux varies significantly on the boundary of copper--gold film with different maximal electron temperature of 1.15×10³ K at 5 ps after ablating laser pulse in gold and copper films, which can reach a balance around 12.6 ps and 8.2 ps for a single and double pulse ablation, respectively, and in the meantime, the lattice temperature difference crossing the gold--copper interface is only about 0.04×10³ K at the same time scale. It is also found that electron--lattice heat relaxation time increases linearly with laser fluence in both single and double pulse ablation, and a sudden change of the relaxation time appears after the laser energy density exceeds the ablation threshold.     

飞秒激光烧蚀硅表面产生微纳结构过程中激光脉冲数目的影响

为了研究飞秒激光脉冲数目与硅表面形貌之间的关系,在相同的SF6气体氛围下,改变照射硅表面的飞秒激光脉冲数,发现在飞秒激光照射下由硅表面形成的微型锥状尖峰的高度与飞秒激光脉冲数呈现一种非线性关系.通过对该关系的研究有利于找出在制造具有较高吸收效率的高微型锥状尖峰的"黑硅"的实验条件,有利于基于"黑硅"材料的光电器件转化效...     

飞秒激光脉冲与金属光阴极相互作用

本文从理论上分析了飞秒激光与光阴极相互作用过程，采用双温模型分析了飞秒激光脉冲辐照下金属薄膜的温度效应。通过建立一个简单的光电效应模型，获得了最佳的金属光阴极厚度，通过该模型可以发现，产生的光电流对在飞秒激光脉冲辐照下的电子温度和晶格温度有着很大的依赖关系。     

飞秒激光诱导自组织纳米周期结构及其光学特性的研究进展

飞秒激光具有超快、超强的特点.飞秒激光微纳加工发展非常迅速. 本文综述了近十年来利用飞秒激光在金属、半导体、介质等各类材料中制备的纳米周期结构, 阐述了若干关于飞秒激光诱导纳米周期结构的物理机理的观点.讨论了基于偏振调制的多光束 干涉在半导体表面制备纳米周期结构,简要叙述了周期结构对材料光学特性的影响. 关键词： 飞秒激光 纳米周期结构 多光束干涉 光学特性