飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究

恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明：恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167 J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度。脉冲烧蚀坑直径上限为150.64 μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500 μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力。     

准分子激光直写加工特性与脉冲参数关系的研究

以玻璃为实验靶材,用精密微动平台准确调节靶材位置,利用波长248nm的KrF准分子激光器,研究了准分子激光直写加工图形和激光脉冲数及脉冲能量之间的关系。实验证明,随着加工槽深度的增大,单个激光脉冲所烧蚀的深度逐渐减小,当达到一定的脉冲数时,所烧蚀槽的深度基本上保持不变。脉冲能量越大,刻蚀速率越大,其速率同样具有一个上限值。     

高非线性光子晶体光纤及其超连续谱研究

文章作者设计并制造了一种纯硅芯高非线性光子晶体光纤,该光纤纤芯直径为1.65 μm,空气微孔直径为4.75 μm,孔中心间距为5.35 μm,零色散波长为1 120 nm,800 nm波长的色散为-88 ps/(nm·km).将能量为5 nJ、重复频率为100 MHz、中心波长为800 nm的30 fs的钛蓝宝石激光脉冲耦合入2 m长的该高非线性光子晶体光纤中,得到了450～1 400 nm宽波段范围内的超连续光谱.     

飞秒激光烧蚀玻璃基质金属薄膜直写衍射光栅

提出了一种新的制备光栅的方法,利用800 nm的飞秒激光扫描蒸镀在石英玻璃衬底表面的金薄膜,通过烧蚀金薄膜在衬底表面形成衍射光栅。用波长为532 nm的激光照射光栅,测量其一级衍射效率,测得的衍射效率最高为6.98%。通过改变激光扫描速度、激光功率、光栅周期等实验参数研究其对制备的光栅的一级衍射效率的影响,结果表明,降低激光扫描速度,减小光栅周期,或增加激光功率都能提高制备光栅的一级衍射效率。     

266nm纳秒固体激光在CH薄膜上打孔的工艺实验研究

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为"光化学蚀除"。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。     

Nd∶GdCOB晶体1331.0nm自倍频特性

计算了Nd∶GdCOB晶体的相位匹配角.用Datachroom-5000染料脉冲激光作为泵浦源,在Nd∶GdCOB晶体中实现了由1331.0nm到665.5nm的自倍频激光运转,阈值能量为14.2mJ; 当泵浦能量为25mJ时,665.5nm激光的输出能量为0.62mJ,相应的转换效率为2.5%.     

光栅衍射型超广角激光告警系统的灵敏度分析

研制了光栅衍射型超广角激光告警样机,推导了系统探测灵敏度的估算公式,用1064 nm脉冲激光在半视场角0°~78°范围内测试了样机的最小可探测能量密度。结果表明,半视场角0°~42°范围内,入射激光能量密度保持1.8 nJ/cm2基本不变的情况下,告警系统1级成像光斑的灰度值约由20逐渐减小为7;48~78°范围内,告警系统的最小可探测能量密度约由2 nJ/cm2逐渐增大为7 nJ/cm2;分析表明,随激光入射角度增大,告警系统像差增大导致成像光斑面积变大是引起告警系统最小可探测能量密度变大的主要原因。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

飞秒激光直写金属反射光栅的实验研究

提出了利用800 nm的飞秒激光在Ni金属表面直写反射型衍射光栅的新方法.研究了激光刻写速度、激光功率以及光栅周期等实验参数与直写出的反射光栅衍射效率的关系.在现有实验条件下,由50 fS激光脉冲单光束直写获得的Ni质金属反射光栅的一级衍射效率η为7.47%.     

基于二维激光告警的闪耀光栅设计

现有光栅衍射型激光告警中,正弦光栅存在1级衍射效率较低,闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低,这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接,并且中间留一定无光栅空间,此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅,理论分析了0级和1级衍射效率;采用波长为808 nm和850 nm的光,对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试,实验结果表明,在波长为闪耀波长附近光入射时,改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高,能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。     

高能量全光纤结构被动锁模2.0μm掺铥超短脉冲光纤激光器

报道了高脉冲能量全光纤结构半导体可饱和吸收镜锁模的2.0μm波段掺铥超短脉冲光纤激光器。在抽运功率为1.8W时,开始得到稳定的重复频率为14.3MHz的锁模激光脉冲,平均输出功率为5mW;当抽运功率增加到3.8W时,最大平均输出功率达到59mW,相应的最高单脉冲能量为4.1nJ。此时测得锁模激光脉冲的脉宽为2.2ps,中心波长为2015nm,3dB光谱带宽为2.9nm。     

瓦级输出全光纤结构2.0μm掺铥皮秒脉冲光纤激光器

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而实现了重复频率为10.4MHz的皮秒激光脉冲输出,其最大平均输出功率为15mW。种子源经过一级掺铥光纤放大器后,获得了1.1W高平均功率输出,相应的单脉冲能量高达105nJ,激光脉冲宽度为9ps,峰值功率为11.6kW。此时测得激光脉冲的中心波长为1963nm,3dB光谱带宽为0.5nm。     

High nonlinear photonic crystal fiber and its supercontinuum spectrum

The high nonlinear photonic crystal fiber with pure silica core has been designed and fabricated, and the practical structure parameters of the fabricated fiber sample coincided precisely with the parameters we designed. The core diameter is 1.65 μm; the air hole diameter is 4.75 μm; the distance between the center of two holes is 5.35 gin; the zero dispersion wavelength of the fiber is 1120 nm; the dispersion at 800 nm is -88 ps.(nm.km)-1; and the nonlinear coefficient of this photonic supercontinuum emission with a smooth spectrum stretching from 450 to 1400 nm was attained by the injection of 30 fs Ti:sapphire laser pulses into 2 m-long high linear photonic crystal fibers, with an energy up to 5 nJ at a pulse repetition rate of 100 MHz and a central wavelength of 800 nm.     

Optimization of picosecond laser structuring for the monolithic serial interconnection of CIS solar cells

We report on the optimization of selective picosecond laser structuring for the monolithic serial interconnection of (Cu(In,Ga)(S,Se)₂) CIS thin film solar cells. We introduce a quantitative value to compare the energy efficiency of the different investigated laser processes, the specific ablation energy, which indicates the required energy to remove a certain volume of the specific material. We have examined the structuring efficiencies for induced laser ablation processes for a modification of the beam profile (elliptical and flat‐top beam shaping) and for the application of different laser wavelengths (1064 and 532 nm). Application of induced laser processes (often referred as “lift‐off”) decreases the specific ablation energy dramatically by nearly one order of magnitude. Modifications of the beam profile such as elliptical and flat‐top beam shaping are nearly halving the energy per ablated volume relative to a circular beam. The application of a laser wavelength 532 nm decreases the specific ablation energy compared with 1064 nm significantly for processes involving the CIS layer. We finally demonstrate that with a picosecond laser power of only 2 W, the molybdenum back contact (P1, glass side) and the ZnO front contact (P3, ZnO on CIS) can be structured with a process speed of up to 4 m/s. About 2 µm thick CIS layer (P2) is structured by standard direct laser ablation at higher energy densities with 200 mm/s. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

动态聚焦条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响

激光辐照生物组织消融过程中由于工作距离的变化引起的离焦现象对消融效果具有重要影响。以新鲜离体牛胫骨组织为实验样品,置于一维电动平移台上,移动速度为5.5mm/s;脉冲CO2激光(10.64μm)平行光束经一可移动聚焦透镜后垂直辐照样品表面,光斑直径为200μm。实验时通过移动聚焦透镜位置改变焦点位置,实现消融过程动态聚焦。激光辐照功率为6W,脉冲频率为420Hz,水喷雾协同工作,喷水速度为5.5mL/min。辐照后,利用扫描电镜观察消融凹槽微结构,用光学相干层析成像(OCT)技术测量消融凹槽深度。结果表明,动态聚焦条件可显著提高消融速率,消融深度随等效脉冲数增加而增加,消融速率呈减小趋势;在动态聚焦条件下获得的消融凹槽的表面形貌和微结构较离焦条件下更不规则。     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

重复频率3Hz、100mJ高光束质量钕玻璃放大器的研制

研制了具有放大纳秒方形激光脉冲的高光束质量、高稳定的激光二极管(LD)抽运的钕玻璃激光放大器。为了获得较高的输出能量,采用LD泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,使之产生特定的空间分布,进而对后级放大器增益不均匀性进行光学预补偿。放大器工作波长为1 053nm,工作频率为3 Hz,输入1nJ的3ns方形激光脉冲,输出激光脉冲能量为100mJ、光束口径为10mm×10mm的方光斑,能量不稳定度小于2%(均方根),净增益大于109。光束的近场调制度小于1.3∶1,远场焦斑衍射极限小于2DL,远场角漂移小于9.5μrad。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。