飞秒激光作用ZnSe晶体产生和探测THz辐射的实验

实验研究了ZnSe单晶的光学整流THz产生,借助电光取样技术得到THz脉冲的时域波形和FFT频谱分布,观察到约113fs的THz辐射场分布,及相应约5.8THz的频谱分布,辐射峰位于3THz左右.对比研究了不同表面的ZnSe晶体的THz辐射峰值强度随激发光功率的变化,通过轻微烧蚀模型定性解释了高激发功率下THz信号的饱和机制.     

基于超快激光技术的THz波产生和探测

主要介绍利用超快激光技术产生和探测THz波辐射。THz波探测方法包括电光取样和空气探测。电光取样利用光学电光效应,采用探测激光偏振态的改变得到THz电场时域波形,广泛应用在TDS系统中。空气探测方法利用激光在空气中的三阶非线性效应,可以测得THz时域波形,并且该方法没有晶体的限制,因此可以探测频谱较宽的THz脉冲。产生THz的方法主要包括光电导天线、光学Dember效应、光整流和激光等离子体。其中前三者受到材料本征声子的影响,产生的THz谱宽有一定限制。倾斜激光脉冲波前入射非线性晶体光整流可以产生很强的THz波。双色飞秒激光脉冲与空气等离子体作用,可以产生较强的宽谱THz辐射,并且其谱宽与激光脉冲宽度密切相关。     

飞秒激光流动烧蚀制备ZnSe有机复合量子点

采用飞秒激光流动烧蚀法制备了聚乙烯亚胺(PEI)包覆的ZnSe量子点水相分散液。水相分散液外观呈现亮黄色透明液体状。多个ZnSe有机复合量子点在水中聚集形成球形胶束,通过扫描电子显微镜(SEM)检测发现,胶束粒径为40~100 nm。利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)研究ZnSe晶体学特性变化,结果表明制得的ZnSe量子点保持了块体ZnSe的立方闪锌矿晶型。该ZnSe有机复合量子点的水分散液在365 nm紫外光照射下显示出明亮的绿色荧光,荧光中心波长约在500 nm处。采用光致发光光谱和紫外可见吸收光谱研究了该有机复合量子点的pH值响应特性,结果表明随着分散液中pH值由9降低到4,光致发光光谱显示出蓝移特性,波长最大蓝移量为25 nm。讨论了绿色荧光的来源与荧光波长调谐的可能机理。     

化合物半导体的THz发射光谱

利用反射式太赫兹(THz)辐射产生与探测系统,研究了基于不同半导体的THz发射光谱.通过快速傅里叶变换,由测得的THz时域光谱得到了其相应的频域光谱,从而对不同半导体的THz发射性质进行了比较.结果表明,未掺杂的砷化铟(InAs)较其他半导体材料有更高效的THz发射效率.     

化合物半导体的THz发射光谱

利用反射式太赫兹（THz）辐射产生与探测系统，研究了基于不同半导体的THz发射光谱. 通过快速傅里叶变换，由测得的THz时域光谱得到了其相应的频域光谱，从而对不同半导体的THz发射性质进行了比较. 结果表明，未掺杂的砷化铟(InAs)较其他半导体材料有更高效的THz发射效率.     

化合物半导体的THz发射光谱

利用反射式太赫兹(THz)辐射产生与探测系统,研究了基于不同半导体的THz发射光谱.通过快速傅里叶变换,由测得的THz时域光谱得到了其相应的频域光谱,从而对不同半导体的THz发射性质进行了比较.结果表明,未掺杂的砷化铟(InAs)较其他半导体材料有更高效的THz发射效率.     

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.     

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。     

飞秒激光作用下光整流晶体的损伤阈值分析

光整流效应是产生太赫兹波的有效途径之一,而产生高功率太赫兹波则需要采用高强度的飞秒激光激励光整流晶体,但激光强度过大会造成晶体损伤,从而严重影响高功率太赫兹波的输出。因此,对光整流晶体的损伤阈值进行研究具有重要的理论意义与实用价值。通过对飞秒激光与非线性光整流晶体材料相互作用物理过程进行分析,建立了飞秒激光作用下光整流晶体损伤阈值的预估模型,比较分析了铌酸锂、碲化锌和硒化锌三种晶体材料的损伤阈值随飞秒激光脉宽的变化规律。结果表明,当飞秒激光的脉宽相对较小时,光致电离在整个作用过程中占主导地位,随着脉宽的增大,雪崩电离逐渐起主要作用;雪崩电离速率和光致电离速率均与晶体的禁带宽度密切有关,光整流晶体材料禁带宽度越大,晶体材料的损伤阈值越高;铌酸锂晶体的损伤阈值明显高于碲化锌和硒化锌晶体,更适合用于高功率太赫兹波的产生。     

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。     

飞秒激光辐照ZnO晶体

利用飞秒激光对ZnO晶体进行辐照,对辐照前后的晶体样品进行发光光谱及拉曼光谱检测.辐照后发光光谱的某些发光峰强度有明显增强,但未产生新的发光峰,表明没有新的缺陷结构产生,但晶体内锌空位、间隙位锌、间隙位缺陷浓度增加.拉曼光谱结果表明,辐照后ZnO晶体未产生相变,但随着辐照激光功率的增大,拉曼峰327 cm-1,437 cm-1强度明显减弱,表明在飞秒激光辐照作用下氧化锌的结晶程度下降.但574 cm-1峰值却随着辐照功率的增大而变大,分析表明该拉曼峰很可能是由于晶体内间隙位缺陷所致.同时实验过程中观察到飞秒激光倍频光产生.     

飞秒激光诱发直接带隙半导体瞬态漂白效应建模

在建立瞬态光谱吸收系数模型的基础上,结合超快载流子动力学机制,建立了可以描述飞秒激光诱发直接带隙半导体瞬态漂白机制的理论模型,对飞秒激光诱发直接带隙半导体的瞬态漂白特性进行了数值仿真研究。结果表明,飞秒激光不仅可以诱发对应波长的瞬态漂白,还能导致激发波长到半导体长波限的宽光谱范围的瞬态漂白,且波长越长漂白现象越明显,甚至会引发能带底部出现负吸收现象。     

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。     

飞秒脉冲谱分割技术实验研究

对飞秒脉冲谱分割进行了实验研究.通过采用不同带宽的波分复用器,研究了信道带宽和脉宽间的关系,并分析了器件色散对谱分割的影响.

Abstract：

Spectrum slicing of femtosecond laser pulse adopting different WDMs is experimentally studied.The relationship between channel bandwidth and pulsewidth is given.The impact of device dispersion on the spectrum slicing is also analyzed.     

飞秒激光在LiNbO3晶体上烧蚀衍射光栅

利用脉冲宽度为50 fs,中心波长为800 nm,重复频率为1000 Hz的乜秒激光脉冲在LiNbO3晶体上烧蚀表面衍射光栅,采用632.8 nm的He-Ne激光测量不同光栅的衍射效率.在激光脉冲能量和光栅常数相同的情况下,烧蚀速率由20 μm/s增大到200 μm/s时,所加工光栅的1级衍射效率从1.7%增大到2.3%;如果光栅常数和烧蚀速率不变,将激光脉冲能量由70 nJ增大到110 nJ,所加工光栅的1级衍射效率从1.9%减小到1.3%;随着光栅常数的增大,在LiNbO3晶体上烧蚀光栅的各级衍射效率也随之增加.对实验结果进行理论分析表明,可以通过提高烧蚀速率、降低激光脉冲能最和增大光栅常数来提高飞秒激光加工光栅的衍射效率.     

高强度飞秒脉冲单块BBO晶体三倍频实验

针对脉冲宽度100 fs,带宽25 nm,能量6 mJ左右的超短脉冲基频光(经过透镜缩束后峰值光强为200~900 GW/cm2),采用单块厚度为1.5 mm的BBO晶体进行了三倍频实验研究。在入射基频光强度约300 GW/cm2时,得到的三倍频转换效率约0.8%。采用分步傅里叶变换及四阶龙格-库塔算法,对描述飞秒脉冲单块晶体三倍频的耦合波方程组进行了数值计算。研究结果表明,三倍频光主要是由三阶非线性效应产生的;基频光带宽较大是限制三倍频转换效率的主要因素之一;对基频光的入射角度及方位角进行优化,可较好地补偿非线性相位失配,提高单块晶体三倍频转换效率。     

ZnSe棱镜折叠波导CO_2激光器的研究

研制了使用ZnSe棱镜折叠的波导CO_2激光器,提出一种CO_2激光—He-Ne激光调整光路的方法,并获得了该种折叠激光器的振荡。进一步的改进可以提高其输出功率而得到实用性的器件。     

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。