可见光波段飞秒激光双光子微纳加工研究

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析。实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子加工的阈值逐渐降低。     

CS2宽带光限幅和非线性吸收特性研究

利用ns脉冲激光,研究了CS2在420-470nm波长范围内的非线性吸收和光限幅特性。实验结果表明,CS2对420-450nm波长的脉冲激光具有大的非线性吸收和优良的光限幅性能,随着波长的增加,其非线性吸收和光限幅性能逐渐减小;CS2良好的宽带光限幅性能源于其大的非线性吸收,其非线性吸收机制为双光子吸收（TPA）以及由TPA诱导的激发态吸收（ESA）。     

多波长飞秒激光损伤可见光滤光片的实验及机理

针对飞秒激光作用光学该实验条件下薄膜过程中损伤阈值与激光波长的关系问题,利用近红外波段波长可调谐的高重频飞秒脉冲激光,对可见光滤光片光谱通带的过渡区域进行了背向损伤实验,测量了不同波长下的平均功率密度损伤阈值,并从飞秒激光作用的雪崩电离过程出发,推导并计算了该阈值与薄膜干涉场分布的关系,理论结果较好的预测了不同波长下平均功率密度损伤阈值的发展趋势.研究表明,该实验条件下薄膜的飞秒激光损伤是整体行为,同一样品中,干涉场分布的平均值越高即膜层中瞬时驻留的激光能量越大时,相应损伤阈值越低.     

激光脉冲双光子激发方法测量Xe原子能级的寿命

本文报导Xe原子4f_(5/2)~2,4f_(3/2)~2两个能级寿命的首次测量。实验采用方向相反的两束脉冲激光进行双光子激发,以达到单光子禁戒及单光子能量所不及的高能态,同时避免了多普勒效应和受激辐射的影响,提高了能级的分辨率和实验精度。1.Xe原子的双光子跃迁 多光子过程是辐射场与原子相互作用的过程。用一束或波长相同的两束偏振光进行激发时双光子激发的跃迁几率为:     

单晶金刚石飞秒激光加工的烧蚀阈值实验

采用不同功率的飞秒激光对单晶金刚石分别进行了单脉冲分离烧蚀实验和多脉冲累积烧蚀实验,计算得到了单晶金刚石材料的单脉冲烧蚀阈值和多脉冲累积烧蚀阈值,并研究了多脉冲作用下单晶金刚石烧蚀阈值的变化。结果表明:单晶金刚石的飞秒激光单脉冲烧蚀阈值为8.80 J/cm^2;随着有效脉冲数增加,烧蚀阈值逐渐减小;当有效脉冲数小于124时,烧蚀阈值随有效脉冲数的增加而急剧减小;当有效脉冲数增加到486后,烧蚀阈值减小的趋势趋于平缓。有效脉冲数486、激光平均功率10.7 W是最优的激光加工工艺参数。     

激光模拟单粒子效应中单光子与双光子吸收诱导电荷量对比

通过理论推导和模拟试验,研究了单光子和双光子吸收分别占主导时,脉冲激光模拟试验中电荷收集效率之间的定量关系。分析不同光学参数对模拟试验中电离电荷浓度影响,确定具体激光波长、脉宽、能量及束斑等参数。根据脉冲激光在硅中单光子线性吸收和双光子非线性吸收的特点,推导单光子与双光子吸收产生电荷量比值的定量公式。通过1064 nm和1200 nm波长激光的验证试验,发现了响应脉冲及产生电荷量与脉冲激光能量或能量平方具有良好的线性关系,且在单光子吸收和双光子吸收各自占主导时,单光子吸收产生电荷率明显高于双光子吸收,证明了两种波长激光产生电荷量的比值近似等于公式计算结果。结果表明,1200 nm脉冲激光 1 nJ2 诱导电荷量等同于1064 nm脉冲激光 0.039 nJ诱导电荷量。     

脉冲激光导致水光学击穿阈值计算的简化模型

通过对自由电子密度速率方程的简化,得到了计算光学击穿阂值的解析式。将计算结果与波长分别在可见光和近红外波段,脉宽分别为纳秒、皮秒和飞秒的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中实验测量的击穿阈值做了比较,吻合较好。对于纳秒激光脉冲。在纯净水中多光子电离提供初始电子,随后雪崩电离很快在电离的过程中占主导地位。对于短脉冲,多光子电离作用显得尤为重要,并且在击穿的过程中复合损失和碰撞损失对击穿阈值的影响逐渐消失。     

激光与蛋白质链上孤立子相互作用的数值分析

以空间连续近似条件下的孤立子为初始条件，对蛋白质分子链上孤立子与弱激光的相互作用下进行的数值模拟，取激光在可见光范围内的波长进行了计算。计算结果表明，在激光作用相对较弱且在强度不变的情况下，蛋白质分子对某些波长的激光产生了强烈的共振吸收并使孤立子受到严重的影响。产生共振吸收的激光波长在可见光范围内呈周期性分布，且其周期随波长增加而逐渐变长。     

碘乙烷分子共振增强多光子电离飞行时间的质谱研究

在４７３～４８３ｎｍ波长范围内对碘乙烷分子共振增强多光子电离（ＲＥＭＰＩ）飞行时间（ＴＯＦ）质谱（ＭＳ）作了研究。分析结果表明在该波段碘乙烷（Ｃ２Ｈ５Ｉ）分子吸收双光子激光能量跃迁激发至Ａ带的３Ｅ,２Ａ１及１Ａ２态,激发态分子碎裂成中性碎片,中性碎片再吸收光子电离,产生了Ｃ２Ｈ＋５和Ｉ＋离子。Ｃ２Ｈ＋５离子进一步吸收光子并碎裂形成了碘乙烷分子ＲＥＭＰＩ－ＭＳ中其他的碎片离子。     

同带泵浦Ho3+激光晶体1.2 μm 波段红外激光阈值功率

为探索同带泵浦掺杂Ho3+激光晶体1.2 μm波段红外激光输出, 采用掺杂浓度为1 at%的Ho3+: LLF激光晶体作为激光增益介质, 应用两种典型准三能级理论模型, 计算了Ho3+在5I6和5I8 能级间跃迁辐射1.19 μm激光的阈值功率, 分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系, 得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论, 确定了泵浦阈值功率的范围, 为后续1.2 μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.     

多碱光电阴极光电发射过程研究

论述了多碱阴极及光致荧光的特点,测量了多碱阴极在514.5 nm和785 nm波长激光激发条件下的荧光谱。结果表明,多碱阴极在514.5 nm波长激光激发条件下,荧光峰值强度比785 nm波长激光激发条件下荧光峰值强度强40倍,说明514.5nm波长的电子跃迁几率低于785nm波长的电子跃迁几率,同时514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长为860 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长为870 nm,514.5 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移为345 nm,而785 nm波长激光激发的荧光峰值波长与激发光波长的偏移仅为85 nm,说明514.5 nm波长激发的跃迁电子的能量损失远大于785nm波长激发的跃迁电子的能量损失。原因是短波光子的能量较高,所激发的跃迁电子来源于较深能级,因此能量损失较大。多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大,当光子的能量大于2.11 eV以后,由于跃迁电子的能量损失随光子能量的增加而增加,因此多碱阴极的量子效率随光子能量的增加而减小。多碱阴极的量子效率与电子跃迁几率成正比,但实测的量子效率曲线与电子跃迁几率曲线的峰值波长不一致,原因是随着光子能量的增加,跃迁电子的能级也增加,当电子跃迁的几率达到最大并下降时,尽管跃迁电子的几率减小,但因电子跃迁的能级还在提高,因此量子效率仍在增加。只有当跃迁几率的因素超过能级的因素以后,量子效率才随光子能量的增加而减小,因此造成量子效率曲线的峰值波长与跃迁几率的峰值波长不一致。通过多碱阴极光致荧光谱的分析,揭示了多碱阴极电子跃迁过程中的客观规律,解释了多碱阴极量子效率在达到最大值之后,量子效率随光子能量增加而减小以及多碱阴极量子效率存在短波限的原因。     

同带泵浦Ho~(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光阈值功率（英文）

为探索同带泵浦掺杂Ho~(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光输出,采用掺杂浓度为1 at%的Ho~(3+):LLF激光晶体作为激光增益介质,应用两种典型准三能级理论模型,计算了Ho~(3+)在5I6和5I8能级间跃迁辐射1.19μm激光的阈值功率,分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系,得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论,确定了泵浦阈值功率的范围,为后续1.2μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.     

吡啶盐衍生物双光子吸收性质的理论研究

基于ASPT分子结构,设计了一类具有双重电荷转移结构的二维有机分子生色团,并合成了其中的两种新型分子.实验测试和理论计算结果都表明此类分子在620～1200nm波长范围内没有明显的单光子吸收,因此可在该波段内研究其双光子吸收性质并寻求应用途径.应用量子化学理论中的INDO/CI方法结合计算非线性光学性质的态求和(SOS)方法对此类分子的双光子吸收性质进行了理论研究,结果显示此类分子具有较强的双光子吸收及合适的吸收波长,是一类很有前途的双光子材料.     

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。     

飞秒激光双光子微细结构的制备

基于双光子吸收引发的光聚合局限在紧密聚焦的焦点区域的原理,建立了飞秒激光三维微细加工系统;结合高斯光束的强度分布函数,推导了横向与轴向分辨率的表达式。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7μm。研究表明,加工线宽随功率增加而增加,随加工速度增加而减小;确定了波束腰为0.425μm,双光子吸收截面为2×10-54cm4.s。采用双光子光聚合技术,加工了齿宽5μm的实体微型齿轮,制备三维木堆型光子晶体结构,分辨率为1.1μm,杆间距和层间距均为5μm,实现了飞秒双光子光子晶体结构的制备。     

双光子激光的阈值行为(Ⅰ)

从简并双光子激光系统的基本方程出发,详细地分析了双光子激光的阈值行为,并讨论了弛豫比对阈值行为的影响。结果表明: 一、双光子激光存在着两个阈值——开通阈值和关断阈值。在粒子数反转增加的过程中只有当其超过开通阈值时,才能出激光。而在相反过程中,只有当其减少到关断阈值时,激光才能停止,从而,呈现出滞后现象。     

Micro-LED蓝宝石衬底AlN上GaN激光剥离研究

为了比较分析纳秒激光和皮秒激光剥离微型发光二极管(micro-LED)时AlN上GaN的热传导效果, 采用了改进的实时紫外光吸收和热传导的激光剥离理论模型进行计算分析的方法, 取得了在不同的激光波长、激光脉冲宽度、激光能量密度下的紫外波段光辐照时和停止辐照后GaN材料热场分布等数据, 并获得了适合micro-LED器件剥离的所用纳秒激光和皮秒激光的阈值条件。结果表明, 激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素; 较适合的激光波长为209 nm~365 nm的紫外波段; 皮秒激光的剥离效果优于纳米激光, 且激光的脉冲宽度越短, 激光的波长越短, 剥离所需激光脉冲阈值能量也越低, 则对LED芯片区域的热影响也越小。该研究可为开发新型激光剥离设备和相关工艺应用提供重要参考。     

沙尘在FSO常用红外波段的散射特性研究

研究红外波段沙尘的散射特性对自由空间光通信（FSO）具有重要的理论意义。针对FSO常用的几个红外波长,采用Mie理论对激光在不同沙尘粒径下的散射特性进行了分析;基于粒子尺寸的对数正态分布模型,计算了沙尘条件下红外波段（0.76~10.6 m）激光的传输衰减率。结果表明:在沙尘条件下,7.4~8.0 m这一波段附近的传输衰减最小,并且明显低于其他波段。因此,可以选用7.4~8.0 m这一波段的激光进行沙尘条件下的激光通信,其传输性能会明显优于其他波段。最后,以波长1.064 m为例,分析了能见度随粒子浓度的变化关系,并与蒙特卡罗方法的计算结果进行了比较。     

超快激光与生物含水组织相互作用

研究了超快脉冲激光与生物组织相互作用的机理 ,建立了生物软组织中激光诱导光学击穿模型 ;结果表明 ,对于纳秒或亚纳秒脉冲激光 ,强吸收介质的热电子发射对电子雪崩电离过程有很大影响 ,等离子体光学击穿阈值随生物组织吸收的增加而降低 ;在激光脉宽为亚皮秒量级时 ,多光子电离成为光学击穿的主要机制 ,介质的击穿阈值几乎与线性吸收系数无关。在达到光学击穿阈值时 ,激光能量沉积在厚度约 1μm的薄层之内 ;随着激光能量显著超过击穿阈值 ,有效的激光透过深度减小。     

基于波前编码的消色差稀疏孔径超构透镜

光学稀疏孔径技术以其所具有的降低透镜加工面积、增大数值孔径和提升分辨率的能力被应用到超构透镜的设计和优化中。然而,目前稀疏孔径超构透镜的研究仅限于单波长,通常难以应用到宽波段成像领域。笔者基于波前编码和稀疏孔径技术设计了一种消色差稀疏孔径超构透镜。该消色差稀疏孔径超构透镜在加工面积降低至全孔径超构透镜25%的情况下,在可见光波段（400～700 nm）可实现与理想透镜一致的分辨率。该消色差稀疏孔径超构透镜既实现了对可见光波段的消色差,又解决了大孔径超构透镜的加工难题,具有加工成本低、消色差范围大、成像清晰等特点,在图像采集领域具有重要的应用价值。