高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究北大核心CSCD

高重频大能量亚纳秒固体激光器具有重复频率高、单脉冲能量大、峰值功率高等特点,在国防军事工业加工等领域具有广泛的应用前景。本文报道了一种基于板条多程放大的亚纳秒激光放大器。种子光为重复频率1 kHz、平均功率4.5 W、脉冲宽度700 ps、波长1064 nm的基模激光,经过光束整形以匹配板条放大器口径,放大级采用角度复用及偏振变换实现四程放大,最终实现了重频1 kHz、单脉冲能量189 mJ、脉冲宽度720 ps、光束质量2倍衍射极限的亚纳秒激光输出。     

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。     

千赫兹亚纳秒径向偏振光北大核心CSCD

利用Nd…YAG/Cr4+…YAG键合晶体被动调Q和S波片得到亚纳秒径向偏振光。采用峰值功率为30 W、脉宽为120μs、重复频率为1kHz的脉冲半导体激光端面抽运方式,得到了脉冲宽度为878ps、单脉冲能量为76.8μJ的调Q激光脉冲输出,其重频不稳定性小于±0.003%,幅值不稳定性小于±3%。然后通过在键合晶体后插入偏振片和S波片的方式,得到纯度大于96%、单脉冲能量为27.5μJ的亚纳秒径向偏振光。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

纳秒双脉冲激光的控制方法

研究了用于航空发动机涡轮叶片气膜孔加工的双脉冲激光控制方法。报道了采用两台闪光灯抽运的电光调Q激光器偏振组束产生100 ns左右时间间隔的双脉冲激光的实验结果。共轴的双脉冲激光的时间间隔可以在零到几百纳秒之间自由调节。双脉冲最大相对定时抖动小于5 ns。双脉冲激光器的重复频率40 Hz,双脉冲能量大于400 mJ。     

飞秒激光在6H-SiC表面诱导偏振依赖纳米结构特性研究

激光诱导偏振依赖纳米结构是一种有效实现纳米图案化的技术,并且一直备受研究者的青睐。利用飞秒激光微加工技术,对6H-SiC晶体表面激光诱导偏振依赖纳米结构特性进行了研究。通过改变入射激光加工偏振态和延迟时间样品表面诱导产生了直径约为150 nm的球形纳米颗粒、椭圆形纳米颗粒和空间周期约为150 nm的高空间频率表面条纹结构。实验结果表明,入射激光偏振特性会直接影响诱导产生的微结构形貌,并且优先入射的飞秒激光对最终产生的表面微结构形貌有决定性作用。初步探讨了偏振依赖纳米结构形成的物理机制,表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)在表面微纳米结构的产生过程中扮演着重要角色,研究结果对激光诱导表面周期结构(laser-induced periodic surface structures, LIPSS)可控制备具有重要意义。     

摩擦副表面激光微造型工艺试验研究

采用半导体泵浦YAG可倍频激光器,在灰铸铁摩擦副表面进行微观几何形貌的加工试验研究。本文分析了脉冲激光与金属材料相互作用的机理,系统研究了激光束功率密度、重复频率、扫描速度、脉冲宽度、辅助气体和表面涂层等因素对金属表面微加工质量影响,得到了优化的激光工艺参数组合,获取了较好的表面微造型加工质量。     

偏振光斯托克斯参量的测量和应用

斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态,分析了偏振光的斯托克斯参量的意义及其测量方法.通过测量纳米级薄膜样品的入射和反射偏振光的斯托克斯参量,求得椭偏参量Ψ和△,然后求得薄膜样品的厚度和折射率.实验表明,该方法适用于任何偏振态的入射和反射偏振光,测量系统构建较容易,测量结果与目前常用的椭偏消光法接近.     

飞秒激光直写太赫兹波段二维金属亚波长孔阵列

利用中心波长为775 nm、重复频率为1 kHz、脉宽为130 fs的飞秒激光脉冲对厚度为200μm的铜片进行微加工,制作了适用于太赫兹(THz)波段(0.1~4 THz)的二维金属亚波长孔阵列。实验中,分别固定激光能量和加工时间,研究烧蚀孔直径随激光功率及加工时间的变化规律,发现激光偏振态是引起烧蚀缺口的主要原因。利用数值模拟软件(CST)计算出适用于THz波段的金属孔阵列结构参数,根据以上实验结果选择合适的激光参数制作了孔阵列。     

用于高频激光脉冲能量测量的热电探测器

随着激光解决了工业和实验室中越来越多的问题，能分析激光功率、能量、光束质量和光束稳定性的仪器的应用也应运而生。与激光扩大了满足新应用需求的能力一样，仪器也必须确保激光器正常合适的工作。激光技术的一项新近趋势是显著提高脉冲的重复频率。10年前，高挡商品化能量计为40HZ。由于绝大多数Nd：YAG和准分子激光器都工作在ZOHZ以内，那时这个频率已经足够。直至最近，脉冲重复率为400HZ的激光器尚属稀少。然而，。诸如深紫外微光刻和微加工之类新应用正在促使制造商开发脉冲频率高达［kHZ的激光器，并在不久的将来很可能超过…     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

Self-focusing during femtosecond micromachining of silicate glasses

Many recent investigations of micromachining with lasers, in vacuum and in ambient air environments, have demonstrated the improvements possible when using femtosecond-duration laser pulses compared with long laser pulses. There are obvious practical advantages for rapid micromachining in ambient air conditions. However, the maximum laser intensity and repetition rate are then eventually limited by the avalanche breakdown and nonlinear effects in the air through which the focused laser beam must propagate both outside the work piece and within the structure that is being machined. This paper investigates these limits in femtosecond deep hole drilling at high laser intensities in silicate glasses. In particular, it shows how nonlinear optical effects, particularly self-focusing, can dramatically affect hole shape and the rate of penetration during deep hole drilling. The experiments described here demonstrate how nonlinear Kerr focusing of femtosecond laser pulses occurs during propagation of intense femtosecond laser pulses through the atmosphere within the machined channel at powers levels significantly below the critical power for self-focusing in ambient air.     

8A2--The self-focusing of light of different polarizations

In an effort to verify the hypothesis that molecular reorientation (ac Kerr effect) is responsible for the self-focusing of light beams in certain liquids, we have measured and compared the thresholds and other characteristics of self-focusing for circularly and linearly polarized beams incident on these liquids. We show that for plane waves propagating in a homogeneous, isotropic, ensemble of molecules having anisotropic polarizability tensors, the nonlinear index should be four times as great for linearly as for circularly polarized waves. The hope that this difference in indexes would be reflected in a four-fold increase in the threshold power for self-trapping when circularly instead of linearly polarized light is incident was not realized. In practice, the increase was always found to be much less. However, in every case studied, the trapped light from a beam, circularly polarized to better than 1 part in 200, was markedly, if not completely, depolarized as soon as self-trapping could be detected. We show qualitatively that this polarization instability should exist for all but linearly polarized light and for a variety of nonlinear mechanisms. However, in the absence of even an approximate quantitative theory of the self-trapping of light that is not linearly polarized, the comparative measurements of thresholds cannot be said either to verify or disprove the hypothesis of molecular reorientation.     

基于6H-SiC衬底外延石墨烯的被动锁模掺镱光纤激光器

报道了6H-SiC衬底外延生长的石墨烯作为可饱和吸收体,环形腔结构的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器。在注入抽运功率为250mW时,得到稳定的重复频率为1.05MHz的自锁模脉冲,平均输出功率为6mW;当注入抽运功率增加到480mW时,最大平均输出功率为20mW,相应的最高单脉冲能量为19nJ,激光脉冲宽度约为520ps。     

飞秒激光直写透明光学材料光波导的研究进展

综述了飞秒激光直写光波导的加工过程和表征方法、可直写形成光波导的不同透明光学材料以及直写光波导应用的进展。总结了飞秒激光直写引起的折射率变化与材料有关,同时还依赖于加工的脉冲能量、脉冲宽度、偏振以及扫描速度等。指出飞秒激光微加工在光子器件领域的有很好的应用前景。     

飞秒激光加工不锈钢微型悬臂梁的工艺研究

为了研究飞秒激光对不锈钢材料的加工工艺,采用基于飞秒激光材料烧蚀的微细加工方法,深入研究了飞秒激光高效高质量微细加工不锈钢材料的工艺条件与参量优化,并应用于微型不锈钢悬臂梁的制作。分析了激光能量密度、激光扫描速度、重复扫描次数对加工形貌和蚀除速率的影响,制作出了高质量的微米量级的不锈钢微型悬臂梁。结果表明,飞秒激光微细加工是一种极具前途与极具柔性的微机电系统器件加工手段。     

超短激光脉冲对硅表面微构造的研究

在特定的气体氛围下,用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面,制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的“黑硅”新材料。不同背景气体下的实验表明,激光脉宽和背景气体对表面微构造的形成起着决定性的作用。具体分析了SF6气体氛围中,皮秒和飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的演化过程。虽然两者均可造成硅表面的准规则排列微米量级尖峰结构,但不同脉冲宽度的激光与硅表面相互作用的物理机制并不相同。在皮秒激光脉冲作用下,尖峰结构形成之前硅片表面先熔化;而飞秒激光脉冲作用下尖峰的演化过程中始终没有出现液相。对材料的光辐射吸收的初步研究表明,该材料对1.5~16μm的红外光辐射吸收率不低于80%。     

OSCAT: Novel Technique for Time-Resolved Experiments Without Moveable Optical Delay Lines

Here, we present a novel technique for time resolved experiments without any moveable external delay line. Optical Sampling by Cavity Tuning (OSCAT) method is based on a femtosecond laser with a tunable repetition rate and a passive delay line. The time delay between the pump and probe pulses is determined by the repetition rate of the femtosecond laser.