飞秒激光诱导金属表面结构化研究新进展

总结了飞秒脉冲激光烧蚀金属的研究进展,经过烧蚀后的表面形成了几种结构,包括随机分布的微纳米结构、激光诱导的周期表面结构、激光扫描的周期结构和孔阵列结构,阐述了金属表面结构化后独特的光谱吸收增强特性,最后展望了其潜在应用.     

飞秒激光与金膜作用的脉冲累积效应

采用1kHz飞秒激光（脉宽148fs,中心波长775nm）对石英衬底的金膜的烧蚀过程进行了研究．单脉冲与多脉冲的烧蚀阈值可以通过烧蚀点的直径平方与所用的激光能流的关系曲线获得．通过累积能流和烧蚀脉冲数的关系,可以得到金膜的脉冲累积因子．采用飞秒激光加工材料的一些特点可以合理解释单脉冲阈值附近获得的一些实验现象．     

双光子微加工技术与应用研究

双光子微加工技术是利用材料对飞秒激光束在焦点局部区域发生的双光子吸收现象，并通过逐点扫描来实现微器件三维成型的加工技术．介绍了双光子微加工技术的原理、特点和过程，描述了该加工技术的实验系统，并给出了部分利用该系统获得的初步实验结果，最后简单介绍了双光子微加工技术的一些实际应用。     

激光微加工对陶瓷表面化学镀铜的影响研究

采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射能谱仪(XRD)等手段比较激光微加工处理前后陶瓷表面形貌发生的变化,探讨了激光微处理在陶瓷表面无敏化活化化学镀铜工艺中的作用.结果表明,陶瓷基底经激光处理后,其表面成分并未发生改变,但其表面活性增强,从而促进了化学镀铜反应的进行.     

飞秒激光三维微细加工技术

双光子吸收几率与光强度的平方成正比,因此,双光子吸收引发光致聚合局限在紧密聚焦的焦点区域,通过控制焦点的扫描运动可实现高精度三维加工。基于该原理,提出了一种利用飞秒激光进行微细加工的技术。根据此技术,建立了飞秒激光三维微细加工系统,该系统包括光源系统、显微镜系统、实时监测系统和精密移动系统等。研究发现,该系统加工的直线线宽最小可达500nm;加工线宽与加工速度成反比;激光功率为2mW时,最大和最小临界加工速度分别为80μm/s和1μm/s;制备出线宽1μm,宽度5μm的“CHINA”复杂结构,以及杆间距、层间距均为5μm的三维木堆型光子晶体结构。实验证实,该技术是一种非常灵活的微细加工技术。     

飞秒激光过饱和掺杂硅材料的研究及发展

飞秒激光利用其超快的作用时间、超强的峰值功率的特性,可以与半导体材料表面发生瞬态光化学反应,从而对材料进行有效的掺杂,且可以实现超过材料固溶度极限的过饱和掺杂,同时能在材料表面形成准周期的微纳结构。导致半导体表面性质发生改变,产生超宽光谱高吸收的特性,从而突破传统物理限制,并由此产生了一系列全新的应用。本文总结了飞秒激光与硅相互作用的基本理论和几种物理模型,介绍了其在相关领域的应用,并对飞秒激光过饱和掺杂及改性硅的发展前景作出展望。

     

飞秒激光冲击强化技术的研究现状及展望

作为一种微尺度范围内的表面强化技术,飞秒激光冲击强化具有热影响小、冲击深度浅、能量利用率高、工艺灵活等特点,在实现复杂形状微结构表面改性、宏观尺度零件表面微造型、微冲击成形等方面应用优势显著。概述了飞秒激光冲击强化技术的发展历程,总结了冲击模式、激光参数、附加能场等因素对强化效果的影响规律和机理,并对飞秒激光冲击强化技术的潜在应用及发展趋势进行了展望,以为突破飞秒激光冲击强化的关键问题、推动技术的产业化应用提供必要的指导与支持。     

飞秒激光空间选择性诱导玻璃微结构及应用

利用飞秒激光与玻璃的非线性相互作用，可以对玻璃进行空间选择性微观改性与修饰，赋予新的光功能．本文介绍飞秒激光的持点及其对玻璃微结构的改性，以及近年来利用飞秒激光进行玻璃的缺陷控制、光活性离子(稀土、过渡和重金属离子)价态操作、微晶析出与折射率调控及其在光开关、波分复用、波导型有源器件、光子晶体等微光学器件的制备及光学集成领域应用的进展．     

飞秒激光对聚四氟乙烯表面的影响

主要介绍了一种加工聚四氟乙烯表面的新方法。应用飞秒激光对聚四氟乙烯表面进行改性,得到具有纳米-微米尺度的膨化结构,并对其表面的光学性能及润湿性作了进一步研究。从而说明了飞秒激光是加工聚四氟乙烯一个极其方便、有效、绿色的加工工具,并且可以使聚四氟乙烯表面呈现出超疏水性能。     

飞秒激光诱导金属功能微结构研究进展

阐述了飞秒激光与金属相互作用的机理和动力学过程,介绍了飞秒激光特有的精密加工特性,归纳了飞秒激光诱导金属微结构的研究进展.     

高频超短脉冲激光诱导玻璃内LiNbO3晶体生长

使用聚焦的800nm，120fs，200kHz的高频超短脉冲激光在Li20-Nb20s-SiO2系玻璃内部空间选择性析出了LiNbO3晶体．经一定条件的飞秒激光照射数秒钟后，玻璃内部激光会聚点的发光由原来的白色转变为强的蓝绿色．发光光谱测定表明，所产生韵蓝绿光为飞秒激光的倍频光．显微拉曼光谱测定表明，飞秒激光会聚处析出了LiNbO3晶体。     

飞秒激光照射银离子掺杂的 BK7光学玻璃的显微结构变化

使用聚焦的800nm,120fs,1kHz的超短脉冲激光在掺Ag^＋的BK7玻璃内部空间选择性地写入了光栅结构,然后将样品在不同温度下进行热处理.吸收光谱表明,BK7玻璃在飞秒激光照射后产生了氧空位色心,在575℃热处理后析出了银纳米颗粒.光栅的衍射效率随热处理温度的升高而减小,在575℃后又开始升高.用光学显微镜观察了光栅的结构变化并对现象产生的机制进行了分析.     

强光致磷酸盐激光玻璃的色心及其ESR研究

研究了磷酸盐激光玻璃在120fs,800nm,1kHz脉冲激光照射下的光致暗化现象并测出了它们的光致暗化阈值。由ESR分析得出，磷酸盐玻璃的光致暗化来源于飞秒激光照射处玻璃因激光照射时的多光子吸收 生的色心。分析了Nd^3 对磷酸盐玻璃的光致暗化的影响并讨论了色心的类型。     

Use of Femtosecond Laser Technique for Studying Physically Small Cracks

Since small crack propagation behavior is strongly affected by microstructure, very small artificial notches with a length in the submillimeter range are needed for a systematic study of microcrack behavior. Laser processing technique with ultrashort pulses is a micromachining tool which will not cause any serious mechanical damage in metallic materials. Small artificial starter notches were manufactured in medium carbon steels with this technique and some fatigue tests were carried out. Laser affected zones could be observed at the notch boundary but cracks were initiated from the notch tips and propagated steadily. The crack paths were very tortuous like natural small cracks. The experimental results showed that the femtosecond laser processing technique is useful to introduce a small notch and allows systematic investigation of microcrack behavior.     

纳焦飞秒激光在有机材料表面刻划微结构光栅的研究

使用振荡器产生的飞秒激光在透明有机材料PMMA表面进行了刻划微结构光栅的研究．通过理论分析得到了飞秒激光参数和平台移动速度对线宽的影响，进行了系统的加工实验，加工结果与理论分析基本吻合．在透明有机材料PMMA表面进行了多种光栅的刻划，并对刻划的光栅进行了衍射和色散测试，调整光栅的尺寸和排列方式，得到了形状各异的衍射图案。     

飞秒激光烧蚀材料表面产生纳米波纹结构的实验

利用飞秒脉冲激光烧蚀可以获得远小于激光中心波长（775nm）量级的周期条纹．通过多脉冲飞秒激光烧蚀Ni、Al、Cu、Ti和Si等材料表面的实验,得到材料表面产生光栅的周期均小于飞秒激光中心波长;采用对比实验,改变入射光的偏振特性,发现波纹周期方向随入射光偏振方向的改变而改变;不改变激光偏振态、脉冲能量为4．2J／cm^2时,沿波纹周期走向,发现平台移动速度为0．1mm／s时,可获得清晰的551nm的金属周期结构;最后应用上述实验结果,在铜片表面制备了长为几十微米、周期为551nm的微纳光栅结构。     

基于飞秒激光器光学频率梳的绝对距离测量

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法.将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源,搭建迈克尔逊干涉结构,利用色散干涉原理进行相应的光谱分析,得到干涉光路的光学路径差引起的相位差,最终计算出干涉光路的光学路径差.实验结果表明我们的长度测量方法精确度高,分辨力达到纳米量级.最小测量距离达到9 μm,非模糊范围达到5...     

Superhydrophobic and Anti-Icing Surface by Femtosecond Laser Direct Writing

Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) is formed with glass fiber as the reinforcing material and resin as the matrix. It is widely used in wind turbine blades because of its lightweight, high strength, and corrosion resistance properties. Herein, a method to prepare superhydrophobic GFRP surfaces by femtosecond laser direct writing combined with fluoroalkylsilane modification is demonstrated. The prepared GFRP surface has excellent superhydrophobicity with contact angle of 163.9° and sliding angle of 3.8°. In the ice resistance tests, the icing delay time is extended from 33 to 273 s at −5 °C. The ice adhesion strength is reduced from 217.4 to 40.3 kPa. The surface still has superhydrophobicity and ice adhesion strength of less than 100 kPa after ten cycles of the test. The laser exposure conditions are optimized for water/ice repelling and are at high intensity of 4 TW cm⁻² pulse⁻¹ and 2.5 m s⁻¹ beam travel speed, which make the presented approach efficient for fabrication over industrially large areas.