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。     

柔性电子制造领域的超快激光技术：机制、特征功用及挑战（特邀）

随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激光与物质相互作用基本机制入手,着重介绍了当前超快激光在柔性电子领域的四种典型特征功用及其研究现状,并据此总结该领域超快激光应用所面临的挑战和未来发展趋势。     

多孔玻璃微锥阵列超快激光加工工艺研究（特邀）

采用脉宽为8 ps的超快激光器,结合高速相机原位观测,研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明：在超快激光作用下,多孔玻璃材料出现剥离去除现象,加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅,材料去除效率约为K9玻璃的16.2倍。分析了扫描策略和加工余量对多孔玻璃微锥阵列形貌特征的影响,实现了高一致性和大锥顶锐度微锥阵列加工,平均锥顶尺寸达到20μm。组装后的电喷雾推力器能够在3 kV电压下获得单个发射极90μN的推力。     

超快激光精密制造技术的研究与应用

超快激光以其超短的激光脉冲、超高功率密度、较低的烧蚀阈值、加工超精细及可实现冷加工等特点,近年来受到国际学术界和工程界的广泛关注。本文梳理了超快激光精密制造技术的发展历史,综述了超快激光精密制造技术在表面加工及三维加工领域的工艺研究及应用进展,并介绍了超快激光精密制造装备在国内外的研制情况,对今后超快激光精密制造技术研究的发展趋势进行了探讨和展望。     

飞秒激光制备阵列孔金属微滤膜

选用不锈钢、铜和铝三种金属薄膜作为实验材料,厚度10~50μm.对不锈钢、铜和铝三种金属薄膜进行飞秒激光加工,研究了所形成的微纳米孔直径与飞秒激光加工参数的关系.结果表明,飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大.不锈钢薄膜适于飞秒激光制作金属微孔膜,在25μm厚的不锈钢薄膜上制备了大面积阵列微孔,孔直径为2.5~10μm,孔间距为10~50μm.与传统烧结金属微孔过滤膜比较,飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、直通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点,可获得较高的孔隙率,有利于提高透过水通量.     

飞秒激光液相烧蚀的超快观测展望（特邀）

飞秒激光液相烧蚀技术具有局部、瞬时、超快、超强等典型极端制造特点,在精密加工和纳米材料合成领域展现了独特优势。然而,飞秒激光液相烧蚀是跨多时间、空间尺度,多物理化学现象耦合的复杂过程,现阶段研究缺乏全面有效手段、对机理理解不足。简要介绍了飞秒激光液相烧蚀的基本过程和相关超快观测技术的发展历程,并进一步总结了超快观测技术在光丝、溶剂化电子、等离子体、气泡演化等过程中的应用。最后总结了飞秒激光液相烧蚀方法、观测和机理研究存在的问题,并基于现有问题对未来飞秒激光液相烧蚀中可能应用的超快观测技术进行了展望。     

随机激光研究综述（特邀）

随机激光器由于其独特的结构和低相干性，在无散斑成像、传感、光治疗等领域中得到广泛应用。随机激光器的反馈机制是无序介质引入的光散射，高阈值和无方向性是其主要缺点。为解决这些问题，研究者们利用光纤的一维束缚获得低阈值并有一定方向性的光纤随机激光。近十年来，随机激光的发展经历了从非相干反馈到相干反馈、从完全无序到输出参数可控的过程。大量研究尝试用量子理论、混沌激光理论和数值分析等方法来解释随机激光的物理本质。回顾了随机激光和光纤随机激光的起源和发展历史，介绍了随机激光的分类和相关原理，总结了调控随机激光输出参数的方法并展示了随机激光的新近典型应用，分析了光纤随机激光的反馈类型和增益机制，并在最后展望了随机激光未来的发展趋势。     

全息体视图——从打印到计算（特邀）

全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。     

刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微结构

硅基三维微纳结构在红外成像与探测方面具有重要的应用价值.然而,受加工技术的限制,硅基复杂面型三维微纳结构的制备仍然是一个难题.本文提出了利用刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微纳结构.利用激光改性制备的硅的氧化层作为刻蚀掩膜,经过刻蚀实现灰度图形向衬底的转移.研究发现,氧化层的抗刻蚀能力可以通过激光加工参数进行调控,...     

金属材料激光微焊接研究进展（特邀）

设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域中,零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一,而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点,是金属材料微焊接的重要技术手段。对金属材料激光微焊接技术展开了探讨,明确了其内涵,阐明了微尺度效应的影响,并总结了激光微焊接常见的缺陷及其质量控制方法,介绍了同种金属材料和异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后,指出了金属材料激光微焊接技术存在的问题,并展望了未来的发展方向。     

微波光子检测 （特邀）

微波信号检测是电子信息领域的关键技术,广泛应用于通信、雷达、电子战。随着新一代信息技术的快速发展,现有的微波测量系统面临着速率和带宽瓶颈。微波光子学技术融合了微波和光波技术各自优势,具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势,文中围绕微波光子检测,特别是微波光子信号的频率测量方案,如频率-幅度映射型、频率-时间映射型、光信道化型等,介绍与分析国内外现状与发展动态,并对现有微波光子测量面临的问题和下一步发展方向进行了简单总结。     

硫系集成光频梳（特邀）

硫系玻璃集成光学微腔（硫系微腔）具有高线性折射率和高非线性系数、超宽透光窗口、较低的热光系数,并且可通过常规半导体微纳加工技术实现精确的色散调控,在非线性集成光子学领域备受关注。近年来,来自中山大学的研究者们开发了新型Ge₂₅Sb₁₀S₆₅硫系材料平台并实现了一系列具有高品质的硫系集成光子器件。主要综述了基于硫系微腔实现集成孤子光频梳产生和调控方面的工作。通过不断优化集成光子器件的加工工艺,实现了具有高品质因子（Q>106）的集成微环谐振腔,进一步通过精确的色散调控分别在该硫系集成微腔内实现了低泵浦功率的锁模光孤子频梳和宽带可调谐的拉曼-克尔光频梳。     

谐波锁模光电振荡器（特邀）

提出了一种主动锁模光电振荡器（OEO）方案,可以实现高阶谐波锁模,从而产生具有高重复频率的微波脉冲信号。在所提方案中,通过在OEO腔内的电光强度调制器直流偏置端口引入一个正弦驱动信号,当该正弦信号的频率为OEO环腔自由光谱范围的整数倍时,实现基频（）或谐波（）锁模,输出重复频率为的微波脉冲信号。实验中分别实现了10阶、50阶和100阶谐波锁模,输出微波脉冲信号的重复频率分别为360 kHz、1.8 MHz和3.6 MHz。该方案为脉冲多普勒雷达等系统应用提供了一种全新的、具备低相噪潜力的微波脉冲信号产生的技术途径。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

LD泵浦的高重复频率全固态飞秒激光器（特邀）

GHz飞秒激光器相比于传统的百MHz飞秒激光器,其频域中相邻纵模的间隔更大、可分辨率更高,相同光谱范围内纵模密度更小,每个纵模分得的平均功率相对更高,在梳齿可分辨光谱学、直接频率梳光谱学、光学任意波形产生以及天文摄谱仪校准等诸多领域有着更重要的应用价值。文中从GHz飞秒脉冲的产生方案出发,着重对激光二极管泵浦的GHz重复频率全固态飞秒激光的产生方案以及相应的技术挑战进行了详细介绍,然后重点综述了国际上基于SESAM被动锁模以及克尔透镜锁模全固态GHz飞秒激光器的研究进展,并结合笔者所在课题组取得的初步研究结果对全固态GHz重复频率飞秒激光器的应用价值以及笔者所在课题组的研究目标进行了展望。     

基于光子芯片的微波光子混频器 （特邀）

提出了一种由光生本振单元和波长分离调制单元组成的微波光子混频方法,并在绝缘体上硅材料上设计实现了上述波长分离调制芯片。该芯片集成了硅基相位调制器、微环滤波器、光电探测器、光耦合器和光栅耦合器。实验搭建了基于该波长分离调制芯片的微波光子次谐波混频系统,结果表明,该微波光子混频器可以将6~16 GHz的RF信号变频到33~23 GHz。此外,针对实验系统中残留的混频杂散,分别提出了增加微环滤波器抑制比降低泄露光生本振强度和引入光移相器修正泄漏光生本振相位两种解决方案。通过仿真验证可知,引入光移相器的方法更为简单,更适合于光子集成芯片。     

单频连续波金刚石拉曼激光器研究进展（特邀）

受激拉曼散射增益具有无空间烧孔特性,通过简单的腔型设计,拉曼激光器即可实现稳定单纵模运转。同时拉曼激光波长灵活,因此拉曼激光器在特殊波长单频激光领域具有重要技术优势。近年来,随着金刚石合成技术的突破,以金刚石作为增益介质的单纵模、高功率拉曼激光器获得了快速发展。文中简要介绍了拉曼激光器的单纵模运行机制;总结了单纵模金刚石拉曼激光器的研究进展;并对单纵模金刚石拉曼激光器的发展趋势进行了展望。     

超表面透镜的宽带消色差成像（特邀）

超透镜是一种由二维亚波长阵列结构表面所设计的透镜,其对光场中振幅、相位和偏振的调控能力较灵活,同时具有低损耗、易集成、超轻薄等优点,近些年引起了科研人员广泛的研究兴趣。然而在大多数情况下,针对特定波长设计的超透镜会遭受较大的色差,从而限制了其在多波长或宽带应用中的成像作用。超透镜因其二维平面结构引入了新的自由度,在对色差的消除上体现了新的潜力。文中报道了多种不同的消色差超透镜设计及其消色差调控机理,并对现有的消色差超透镜从调制波段类型进行了分类,如对离散波长的和对连续波长的消色差超表面透镜,后者又可从工作模式上分类为透射型和反射型,最后介绍了超透镜阵列在成像上的应用以及其在大景深宽带消色差器件上的前景。     

利用偏振成像在复杂现场快速识别金属碎屑（特约）

爆炸犯罪杀伤群众,破坏公私财产,对公共安全造成危害。为快速侦破爆破案件,需要在爆炸现场众多残留物中识别金属,找出爆炸装置碎屑。针对在复杂背景中快速识别金属碎屑的需求,提出了一种基于线偏振成像增强金属对比的方法。基于偏振光成像的原理,搭建了两种多波长偏振图像采集装置。针对多种非金属和金属材料进行实验,发现调整入射光的线偏振角度和入射角,多波长偏振成像方法在复杂现场中可以对金属与非金属快速识别和分类。通过模拟研究了多波长下金属表面反射光的线偏振度和偏振角随入射角度变化的情况,给出识别不同金属的最佳角度和照明偏振光。进一步实验结果显示:多波长线偏振成像方法有区分不同种类金属的潜力。