飞秒激光与透明硬质材料的相互作用：从相变机理到永久光存储

随着大数据时代的来临,利用飞秒激光在透明硬质材料中写入数据形成永久光存储的技术成为高容量、长寿命冷数据的一种理想存储方案,具有广阔的应用前景。本文从飞秒激光永久光存储发展存在的问题出发,梳理了近20年来超快激光与透明硬质材料相互作用的机制,总结了飞秒激光诱导相变的类型和过程,展示了其在光存储方面的应用;同时,从写入速度和容量角度出发,介绍了最新的脉宽调制效应和热调制高重复频率直写技术,阐述了五维永久光存储目前面临的挑战以及可行的解决办法。     

以光致抗蚀剂为记录介质的双光子存储实验

本文讨论了用双光子吸收方法实现光存储的物理机制,并利用飞秒激光在光致抗蚀剂薄膜上进行双光子存储实验,测定了光致抗蚀的双光子激光阈值和损伤阈值,记录了点数据存储图。     

微爆材料的飞秒激光三维光存储

飞秒激光三维光存储是实现高密度和超高密度光存储的重要方法之一。对一种新的微爆材料（以PMMA为基质掺杂Sm0.5Ce0.5（DBM）3Phen染料）的吸收光谱进行了测量和分析,以波长为514.5 nm的激光作为激光光源获得了激发前后的荧光光谱,以800 nm飞秒激光作为激发光源得到激发前后的电子旋转共振光谱特性,并分析了不同激光脉冲能量下存储数据点尺寸和存储点读出灰度值的变化情况,并实现了该材料的飞秒激光四层光信息存储,点间距为4 m,层间距为16 m,实验结果表明:这种材料可以很好地应用于三维光信息存储。     

用飞秒激光制作高精度微光学器件的最新研究进展

文中介绍了飞秒激光与透明介质材料相互作用的多种机理和理论,重点综述了飞秒激光在制作波导、光栅及光存储结构等方面的最新研究进展和发展趋势.     

高功率飞秒激光与透明介质的相互作用及其应用

随着飞秒(fs.10-15s)激光近些年来得到迅速发展,飞秒激光已广泛应用于物理、化学反应的动力学过程分析.利用飞秒激光的热效应可以忽略的特点进行超精细加工.利用飞秒激光与透明材料的非线性相互作用,可以实现材料内部有空间选择性的三维光功能微结构.文章重点介绍了飞秒激光与透明介质相互作用的原理,以及在三维超高密度光存储、三锥光功能微结构等方面及应用,国内外相关领域的最新进展,并展望了应用前景.     

飞秒激光微孔加工发展综述

随着飞秒激光器的成熟,飞秒激光的应用越来越广泛。由于飞秒激光独特的属性,在微孔加工中具有明显的优势。本文介绍了飞秒激光与材料之间的相互作用机理、飞秒激光打孔的理论研究发展、打孔方式的研究以及各种飞秒激光加工参数的探索。总结了目前发展遇到的问题,未来的发展趋势并提出自己的观点。     

飞秒激光加工快速测高随动方法研究

针对红外焦平面探测器在新型飞秒激光加工方式上的焦点精确控制需求,建立一套合理高效的飞秒激光快速响应测高随动控制系统,在保证飞秒激光稳定测高、精准控制的基础之上,对其中两个关键点进行深入研究。利用测高仪测量与中值滤波法对测量数据进行优化拟合,降低了曲线失真的程度;通过控制器位置触发方式与PI控制算法优化了压电陶瓷(PZT)的随动精度。实验结果表明,此系统能够获得良好的效果：针对不同尺寸晶圆,可以获得当以800 mm/s速度加工时,整体随动方差为0.6μm,最大误差为1.1μm;当以速度1000 mm/s加工时,整体随动方差为0.9μm,最大误差为1.4μm。本方法可以极大地提高飞秒激光高速加工时的焦点控制精度,从而保证红外焦平面探测器划片边缘质量,增加产品良率,降低成本。     

飞秒激光诱导金属功能微结构的机理与应用

介绍了飞秒激光与金属相互作用的机理以及飞秒激光在金属超加工方面的一些最新应用。基于一维双温扩散模型分析了飞秒激光与金属相互作用的超快机制;介绍了飞秒激光加工光电倍增管电极,修复光刻掩膜．诱导白炽灯丝阵列微孔等一些工业应用。     

飞秒激光烧蚀研究进展

介绍飞秒激光烧蚀材料的机理论模型，阐述飞秒激光烧蚀的特性，揭示飞秒激光烧蚀的广泛应用前景。     

飞秒激光超精细"冷"加工技术及其应用(Ⅰ)

飞秒激光的超快速时间和超高峰值特性将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域,实现对几乎所有材料的非热熔性冷处理,获得传统激光加工无法比拟的高精度、低损伤等独特优势。通过与长脉冲作用情形的比较,详细阐述飞秒激光作用的基本原理及其本质特征。介绍了目前应用飞秒激光这一独特优势在材料的超微细加工和结构处理、光子器件新型制作、高密度数据全新存储、医疗和生物工程等方面取得的最新进展,揭示了飞秒激光在工业加工、微电子、光通讯、光信息和生命科学等高技术领域有着非常广泛的应用前景。     

非线性激光制造的进展与应用（特邀）

超快激光是指脉冲宽度极窄的激光,其瞬时功率极高,与物质之间的相互作用呈现出非线性、非平衡、多尺度的状态。超快激光具有超快（脉冲持续时间短）、超强（瞬时功率高）、超精细（加工结构精细）等特点,由此实现的非线性激光制造技术可以打破传统微纳制造的局限,实现各类难加工材料和复杂微纳结构的超精细制造,精度可达亚微米至纳米量级,在微光学、生物医学、智能电子器件等前沿领域体现出了独特的应用价值。文中主要聚焦飞秒激光微纳加工技术前沿,简要概括了飞秒激光加工的特点;介绍了飞秒激光加工的主要技术手段,包括飞秒激光直写和飞秒激光并行加工;讨论了飞秒激光加工技术的前沿应用领域,如微纳光学器件、微流体器件、多功能结构化表面、生物医学工程等;最后,对飞秒激光加工制造技术未来的发展趋势和研究方向进行展望。     

精细微孔的激光加工的发展简

概述了激光精细加工（孔或线等）的发展与进步。目前,激光加工开始从传统激光加工（红外激光和紫外激光加工）时代走向光纤激光加工和飞秒激光加工时代,由于采用光纤和新软件等技术,提高了激光加工的功率和速度而达到了高生产率;开发了飞秒（10s～15S）脉冲技术,使激光加工去除物质极快而来不及发生热扩散,因此不会发生激光脉冲冲击而带来的问题与缺陷,可达到精美的加工效果。     

AlN陶瓷的飞秒激光表面加工及制孔应用

采用飞秒激光对AlN陶瓷进行表面加工实验,分析了激光能量密度和扫描速度对加工表面形貌和尺寸的影响,优选出兼顾加工质量与效率的工艺参数区间,即能量密度10～14 J/cm2,扫描速度20～30 mm/s.基于此,以螺旋扫描轨迹于AlN陶瓷上进行制孔应用,成功实现了无崩边及微裂纹等缺陷的圆孔、方孔及跑道孔加工.该研究验证了飞秒激光加工高质量多孔型的可行性,推动了硬脆材料激光制孔技术在半导体功率器件领域的应用.     

飞秒激光加工机理及仿真研究进展

目前,微加工和精加工技术的迅速发展对微型化加工技术提出了更高的要求:将加工尺度提高到微米甚至纳米级,并且能够在材料内部实现三维立体微加工.飞秒激光可以突破衍射极限的限制,打破了加工极限,是当前先进制造技术的热点.本文综述了飞秒激光加工的发展历程和机理,并从库仑爆炸模型、微爆炸模型、色心模型以及双光子电离模型等方面对激光加工机理进行了阐述.对于飞秒激光的超快作用过程,仿真是分析加工机理、研究激光与材料作用过程的主要手段.分析了飞秒激光仿真所采用的双温模型、分子动力学模型及复合模型的特点及其适用范围,为飞秒激光加工的理论研究提供依据.最后指出了目前飞秒激光加工技术存在的问题,并对该技术的发展进行了展望.     

飞秒激光对Mg/PTFE药剂烧蚀加工过程安全性分析

文章简要介绍了飞秒激光发展过程及其特点,讨论了利用飞秒激光的超快速时间和超高峰值的特性烧蚀加工烟火药剂Mg/PTFE的可行性与安全性.建立了飞秒激光与Mg/PTFE作用过程中的传热模型,根据模型计算了药剂内部的温度分布以及烧蚀反应放出的热量对周围药剂的影响;在本研究的计算条件下,确定了在切割过程中,受激光作用表面的温度可达3000℃以上,单个激光脉冲的作用深度小于5.0×10-7m,药剂反应放出的热量对周边基本上没有影响,因而飞秒激光能够用于Mg/PTFE药剂的加工.     

飞秒激光产生与放大技术

介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法;激光脉冲色散的物理机制及补偿方法;获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术,获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理;详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术,在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。     

飞秒激光在金属纳米材料制备和材料微结构加工中的应用

介绍了飞秒激光在高纯度金属纳米颗粒的制备及纳米颗粒的尺寸和形状的改变,玻璃内部形成基于金属纳米粒子的“三维空间选择性”析出的彩色图案的制备,有机聚合物微光子器件的制备以及光存储、光波导和光开关器件的制备等方面的应用。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统，以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况，给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果。     

飞秒激光双光子聚合加工微纳结构

针对微/纳机电系统（MEMS/NEMS）零部件加工制造难题,研究具有亚衍射极限空间分辨率的飞秒激光双光子聚合加工方法,搭建钛蓝宝石飞秒激光微纳加工系统,对液态聚合物材料进行飞秒激光双光子聚合加工工艺试验研究。结果表明:随着激光功率的降低,单个固化点的尺寸减小,加工分辨率提高;扫描步距减小,所加工工件的表面粗糙度数值减小,但加工效率降低。基于CAD软件设计出微米墙和纳米线构成的三维微纳结构,利用飞秒激光双光子聚合加工得到该三维微纳结构实物,通过优化工艺参数加工出直径小于100 nm的纳米线,从而证明飞秒激光双光子聚合加工方法为微/纳器件的制造提供了一种有效方法。     

在指甲上实现光存储

日本Tokushima大学和Hokkaido大学的研究人员日前以人的指甲作为介质实现了三维光存储。他们使用飞秒激光写入、荧光显微镜读出的办法获得了2Gb／cm。的数据存储密度，这足以在指甲上用0．5cm的空问0．1mm深的地方存储超过0．5Mb的数据。