基于激光诱导磷光测试技术的发动机缸内燃烧温度测试

尝试将激光诱导磷光测温技术应用到发动机缸内气体的二维温度测量中。其原理是利用Dy:YAG磷光剂受355 nm波长的激光激发后辐射的磷光波长特性进行温度测量。标定了激光照射后两种磷光波长的强度比与温度的变化关系。实验测试得到了该发动机在不同曲轴转角下缸内燃烧气体的二维温度分布,画出了测试平面上温度分布的柱状图,并根据标准偏差分析了不同曲轴转角下的温度分布结果,分析了燃烧的进展情况,通过与燃料燃烧质量分数划分的燃烧阶段相比较,验证了激光诱导磷光测温技术在发动机缸内燃烧温度研究中的可行性。     

宽调谐中红外飞秒及窄带长脉冲激光器件的研制和集成

中红外飞秒光参量放大器(OPA)是重要的红外飞秒激光源,笔者在此领域发展了一系列创新技术,以实现装置高效、稳定、紧凑的目标,成功地将100 fs的中红外飞秒激光在2.0～4.5μm宽波长范围内可调谐.基于OPA输出,研制了产生窄带长脉冲激光的时间望远镜,其集成化器件可输出时间同步的可调谐长短脉冲激光,在一个系统上集成了波长可调谐,高光谱(～0.1nm)分辨率和高时间(～100 fs)分辨率等三种独特的功能.     

一种新型磷光材料的电致发光特性研究

设计与合成了一种基于Pt配合物的新型磷光材料(ppy)Pt(bcam),用其制备了相应的磷光器件,器件的结构为ITO/NPB(50 nm)/CBP(15 nm)/(ppy)Pt(bcam)(0.3-2.0 nm)/CBP(15 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(20 nm)/Mg:Ag(200 nm),并对器件的相关特性进行了研究。(ppy)Pt(bcam)磷光器件的最大发光波长为625 nm,器件的最大发光波长随驱动电压变化很小,显示了该器件磷光特性非常稳定;磷光发光层厚度为0.5 nm在驱动电压为24.25 V时亮度达到8 755 cd/m2,电流密度为499 A/m2时得到最大的电流效率3.33 cd/A。     

利用共焦显微成像系统实现磷光寿命时域测量

在光路中加入斩波器，将共焦显微成像系统中Ar^ 激光器产生的连续光转换为脉冲光，实现对样品的脉冲激发。共焦成像系统以灰度值同时记录了激发光和样品发射磷光的强度变化信息。通过对磷光强度衰减的时间分辨分析，实现对磷光寿命的测量。利用此系统成功地实现了对置于不同环境中的磷光探针氧卟啉（Oxy-Phor R2）衰减寿命的测量。     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

飞秒激光诱导Si表面周期条纹结构形成的超快成像研究

正飞秒脉冲激光出现以后,飞秒激光与物质相互作用得到了广泛的研究,出现了许多新现象、利用飞秒激光照射半导体材料表面,形成了周期远小于激光波长的纳米周期结构。建立了飞秒激光超快成像系统,直接观察到了飞秒激光诱导Si表面周期条纹在3 ns时间范围内的演化过程。将一束800 nm、50fs的线偏振飞秒激光分成两束,其中一束照射Si表面诱导产生周期条纹结构;另一束光经透镜会聚至水中产生脉宽约为1 ps的白光,利用此白光作为光源对周期条纹结构成像。改变两光束间的延迟时间,可得到飞秒激光诱导周期条纹结构在不同时间尺度的图像。通过观察发现,当激光脉冲能量大于材料单脉冲烧蚀阈值时,经3个飞秒脉冲照射后,能够产生规则的周期条纹结构,条纹垂直于激光偏振方向,周期约为500 nm。在时间尺度上,800 nm飞秒脉冲照射后,材料表面反射率增强,说明由于飞秒脉冲照射激发了材料表面等离子体的产生。约20 ps后,条纹开始出现;之后随着条纹长度、深度的增加,约70 ps后,能够观察到较清晰的周期条纹;经比较,在飞秒脉冲照射后约600 ps时,周期条纹形状与材料表面凝固后所产生的条纹结构基本相同。这一研究对飞秒激光诱导表面周期结构的形成机理具有重要的意义。     

飞秒光电子影像技术对氯丙烯分子的光电离/解离机理的研究

飞秒光电子影像技术结合飞行时间质谱对氯丙烯（C3H5Cl）在200 nm、400 nm、800 nm飞秒脉冲下的光电离/解离机理进行了研究。实验结果表明氯丙烯的光电离/解离机理与激光波长存在依赖关系。分析发现,在短波长200 nm时,母体分子C3H5Cl以双光子电离为主要通道,而其他的碎片离子则来源于C3H5Cl+的解离。当波长向长波方向变化时,例如800 nm时,C3H5Cl中间态的解离就开始占主导地位,碎片离子的信号也相应增强。此外,光电子能谱进一步证实了在400 nm和800 nm时存在来源于中性碎片的光电子,而这些中性碎片又是由C3H5Cl的中间态直接解离而产生的。这意味着,在长波400 nm和800 nm时,母体分子可能被激发到寿命较短的中间解离态,从而解离产生中性碎片,导致光解离过程在长波段占有重要角色。     

飞秒激光光丝电学特性实验及模型分析

飞秒激光在高压放电、电场测量等领域中有广阔的应用前景，准确测量飞秒激光的相关电学参数是各领域中飞秒激光应用的前提。基于激光电学特性实验得到了光丝通道在恒定电场下的电流特征，通过电路仿真得出了实验电路的等效元件参数，并通过仿真结果与实验条件联立的方法逆推得出以下结论：对于飞秒激光经过辅助聚焦后形成的光丝，其在实验电路中的等效电阻随光丝传播距离的增加呈现先减小后增大的变化趋势。2.7 mJ飞秒激光光丝在通过5 m焦距透镜后，贯穿2.5 cm放电间隙。在这个过程中，当光丝传播距离为473.6～501.6 cm时，等效电阻为457.5～9122.5 kΩ。所提分析方法能够表征具体激光能量和聚焦距离下的飞秒激光光丝的电学特性，研究结果为飞秒激光在高电压领域中的应用提供了参数支持。     

二阶非线性飞秒激光技术的研究

讨论了若干利用二阶非线性效应的飞秒激光技术研究进展。基于传统的钛宝石飞秒激光器，提出了可产生稳定的1μm波段可调谐飞秒激光的新型注入式飞秒光参量放大（OPA）系统。结合相位匹配折返原理，用部分氘化KDP晶体作为：二阶非线性介质，实现了对20nm带宽的1μm波段飞秒激光的高效宽带倍频，倍频效率达到55％。最后介绍了具有脉冲扩展功能的时间望远镜系统。     

飞秒激光在光电对抗中的应用

飞秒激光因其独特的大气传播性质,在光电对抗领域引起了广泛关注。高峰值功率的飞秒激光在大气中传输将产生飞秒光丝现象、大气击穿等离子体以及超连续白光等物理现象。依据这些特殊的物理现象,在光电对抗领域国内外提出了一系列应用设想,包括飞秒等离子体干扰探测器、白光干扰探测器、飞秒激光损伤探测器和光学元件,以及高重频飞秒激光波段内干扰等等。本文主要讨论飞秒激光的大气性质以及飞秒激光与物质相互作用的机理,并讨论飞秒激光在光电对抗领域中具体应用的可行性与前景。     

飞秒激光与晶体和玻璃的相互作用

总结了飞秒激光与晶体和玻璃相互作用产生的新现象,如光致折射率改变、光致晶体相变、光还原稀土离子及光致发光等.并分析了它们可能的应用.同时简要的介绍了各种现象产生的机理,展望了飞秒激光与其它物质相互作用可能的研究方向及可能出现的新现象.指出了进行这些研究时可能采用的新方法.     

Highly Efficient Room-Temperature Phosphorescence Based on Single-Benzene Structure Molecules and Photoactivated Luminescence with Afterglow

Recently, a remarkable advance has been made for metal-free room-temperature phosphorescence (RTP) crystals with high phosphorescence quantum yield. However, amorphous, especially heavy-atom-free, RTP materials still suffer from low quantum yield due to the transition-forbidden character of phosphorescence and the relatively poor suppression of nonradiative transition in amorphous materials. In this study, a series of single-benzene structure-based high intersystem crossing yield phosphor is obtained. After embedding into polyvinyl alcohol matrix, all these phosphor exhibits efficient phosphorescence emission (Ф_P, up to 44.0%). Besides, photo-switchable phosphorescence emission can be obtained by doping these molecules into a polymethyl methacrylate (PMMA) matrix. The phosphorescence can be gradually switched on by consuming the residual oxygen in the PMMA matrix under continuous UV light irradiation. Furthermore, the phosphorescence will be spontaneously switched off under ambient conditions. Taking advantage of the photoactivation character, this material has potential in information storage and anti-counterfeiting.     

凝聚态物质的近红外飞秒激光微纳制备

利用近红外飞秒激光脉冲对玻璃和聚合物等透明凝聚态物质进行微纳制备．通过飞秒激光诱导的折射率变化在石英玻璃内部制备光栅等折射率型元器件;从后表面开始钻孔并引入蒸馏水,在钠钙玻璃中加工出纵横比很大的微细直孔;改变飞秒双光子聚合中激光焦点在样品中的位置,聚合出直线型和波浪型等不同形状的线条．     

Achieving Color-Tunable and Time-Dependent Organic Long Persistent Luminescence via Phosphorescence Energy Transfer for Advanced Anti-Counterfeiting

Organic ultralong room-temperature phosphorescence (RTP) materials have promising applications in anti-counterfeiting. To improve the encryption level, the exploration of organic materials with tunable solid-state long persistent luminescence is in urgent need. Herein, a series of organic ultralong RTP polymeric systems are prepared by doping versatile indolocarbazole isomers into the poly(vinyl alcohol) (PVA) matrix. Notably, the doping film 11,12-ICz@PVA exhibits excellent RTP property with an ultralong lifetime of 2.04 s and a high phosphorescence quantum yield of 44.1%. Theoretical calculations reveal that this excellent RTP property can be attributed to the strong electrostatic attraction resulting from the synergistic double hydrogen-bond between the isomer 11,12-ICz and PVA matrix. More impressively, color-tunable and time-dependent long persistent luminescence is successfully achieved through efficient phosphorescence energy transfer between the indolocarbazole isomers with ultralong blue RTP emissions and commercially available fluorescent dyes with emission colors ranging from green to red doped into the PVA matrix. Besides, diversified encryption patterns are fabricated to demonstrate the promising applications of these water-soluble doping PVA systems with tunable solid-state persistent luminescence in advanced anti-counterfeiting technology.     

飞秒激光诱导波纹状微突起结构

利用飞秒激光振荡器产生的脉冲对镀有铬层的玻璃和石英基片进行微加工,发现两种样品表面均有波纹状的微突起结构产生。这些微突起结构离开样品表面的高度为10～300nm不等,并且随着激光功率的增大而增加,在一定功率下达到饱和状态。它们的形貌、尺寸和高度取决于入射飞秒激光的能流以及飞秒脉冲的参数。通过化学方法证明了这些微突起结构是由玻璃和石英的主要成分SiO2组成的,并非样品表面的铬元素。此外,通过选取适当的飞秒激光功率和样品加工速度,制作了两种不同周期和线宽的光栅结构,显示出飞秒激光振荡器良好的加工性能。     

光学玻璃在皮秒与飞秒脉冲激光作用下的暗化现象

研究了某些光学玻璃在皮秒和飞秒激光照射下产生的暗化 (darking)特性。测量了玻璃在 810nm飞秒激光照射前后的吸收光谱 ,并进行了比较与分析。玻璃在超短脉冲激光照射后发生暗化 ,是因为玻璃内生成色心的结果。同时提出了解释超短脉冲飞秒激光引起玻璃产生色心的机理。上述暗化具有热擦除性 ,在 2 0 0℃下热处理几分钟后 ,暗区消失     

飞秒激光在KCl晶体中诱导色心

分别利用1kHz和200kHz两种重复频率的近红外飞秒激光,经过低数值孔径的物镜聚焦,空间选择性地辐照KCl晶体,在KCl晶体内部诱导出了一系列色心缺陷。通过飞秒激光辐照前后KCl晶体的吸收光谱分析,明确了飞秒激光照射后KCl晶体内部5种色心的归属,发现色心的浓度随着飞秒激光功率的升高而增长。对吸收光谱的分析表明,两种重复频率的飞秒激光所诱导的色心吸收带相应的峰值略有偏移。认为这是由高重复频率的飞秒激光的热累积效应引起的。理论分析表明,KCl晶体内部的点缺陷和高功率密度飞秒激光与KCl晶体相互作用所诱导的多光子吸收是色心形成的主要原因。     

New Phenothiazine Derivatives That Exhibit Photoinduced Room-Temperature Phosphorescence

The research of purely organic room-temperature phosphorescence (RTP) materials with stimulus response characteristic has drawn increasing attention for their broad application prospects. However, these kinds of materials are really scarce now, especially for those with efficient RTP emissions, which have largely limited their practical applications. Here, an all-around-type player in the field of photoinduced phosphorescence material appears, whose RTP efficiency can increase from near 0 to 22% after continuous UV irradiation. Correspondingly, the UV-written patterns based on them can be clearly observed by the naked eye in daytime or even under sunlight. Moreover, these materials are found to show excellent photostability, and the strong RTP emission can still be observed after repeated activation for more than 50 times. The high RTP efficiency and good photostability make these photoinduced RTP materials exhibit an attractive prospect for potential applications in many fields, including leak test, microcrack detection, programmable information storage, and encryption.     

飞秒激光技术及其新兴相关学科

本文阐述了超快激光发展的几个历史阶段及其内容、特点和研究方向。对当前飞秒激光技术的研究热点、发展方向进行了综述。对与飞秒激光技术相关的几个新兴学科，如：飞秒等离子体物理，飞秒Ｘ射线，飞秒光电子学，飞秒半导体物理和飞秒光谱全息学给予概括评述。