飞秒激光诱导石墨表面周期性纳米结构

介绍了使用近阈值飞秒激光(脉宽130 fs,中心波长800 nm)烧蚀高定向热解石墨(HOPG)的实验,研究了激光强度与烧蚀深度、激光强度与烧蚀面积之间的关系,计算得到石墨的烧蚀阈值为0.44 J/cm2.使用SEM观察样品表面的烧蚀凹坑,发现两种不同的周期性纳米结构,其周期分别为400 nm和100 nm左右.通过改变脉冲数量、激光能量等参数,分析了各种结构的形成条件.     

飞秒激光刻划铌酸锂实现极化反转的实验研究

采用飞秒激光加工制作周期性极化铌酸锂（PPLN）。实验中利用飞秒激光加工机的高精密加工的特性，在晶体＋Z面刻划出周期性条纹，条纹周期以及深宽比可调，并加均匀的高压电场，通过改变晶体表面形状来影响晶体内部电场分布。实验观察到沿飞秒激光刻划方向有明显的极化现象，以及加工参量对极化反转的影响。该方案比纳秒激光刻划精度高，影响区小，可以做到更高深宽比且保持刻槽规则的形状。直接用激光刻划，无需掩模和光刻工艺．具有较大的灵活性，作为改进制作周期性极化铌酸锂的可选方案，更适合做各种新型器件。     

飞秒激光诱导材料表面纳米结构研究新进展

综述了利用飞秒激光脉冲在材料表而产生纳米结构现象的最新研究进展,介绍了在飞秒激光烧蚀过程中不同激光参量对纳米结构的影响,总结了纳米结构形成的主要物理机制。     

飞秒激光在铌酸锂晶体中的微孔加工

研究了飞秒激光的光束参数对在铌酸锂晶体中形成微孔的影响,通过实验得出了光束参数与圆孔尺寸的关系,为飞秒激光在透明介质中加工微孔及微加工其它结构提供了参考依据.     

飞秒激光诱导Si表面周期条纹结构形成的超快成像研究

正飞秒脉冲激光出现以后,飞秒激光与物质相互作用得到了广泛的研究,出现了许多新现象、利用飞秒激光照射半导体材料表面,形成了周期远小于激光波长的纳米周期结构。建立了飞秒激光超快成像系统,直接观察到了飞秒激光诱导Si表面周期条纹在3 ns时间范围内的演化过程。将一束800 nm、50fs的线偏振飞秒激光分成两束,其中一束照射Si表面诱导产生周期条纹结构;另一束光经透镜会聚至水中产生脉宽约为1 ps的白光,利用此白光作为光源对周期条纹结构成像。改变两光束间的延迟时间,可得到飞秒激光诱导周期条纹结构在不同时间尺度的图像。通过观察发现,当激光脉冲能量大于材料单脉冲烧蚀阈值时,经3个飞秒脉冲照射后,能够产生规则的周期条纹结构,条纹垂直于激光偏振方向,周期约为500 nm。在时间尺度上,800 nm飞秒脉冲照射后,材料表面反射率增强,说明由于飞秒脉冲照射激发了材料表面等离子体的产生。约20 ps后,条纹开始出现;之后随着条纹长度、深度的增加,约70 ps后,能够观察到较清晰的周期条纹;经比较,在飞秒脉冲照射后约600 ps时,周期条纹形状与材料表面凝固后所产生的条纹结构基本相同。这一研究对飞秒激光诱导表面周期结构的形成机理具有重要的意义。     

纳米结构辅助飞秒激光诱导基底表面周期条纹分布

目前由飞秒激光直接辐照基底表面,在基底表面诱导产生的周期条纹(LIPPS)存在图案单调以及结构不清晰等不足,为了应对这一不足,开展了对基底表面纳米结构辅助诱导散射场周期分布的研究.利用长方体凹槽典型纳米结构辅助计算了基底表面散射场的周期分布,发现基底材料对其基底表面散射场分布及强度均有显著影响.这一研究结果,为超衍射极限空间尺度纳米周期条纹结构的制备与优化打下了基础.     

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。     

飞秒激光诱导医用金属材料表面功能微纳结构的研究进展

随着社会发展和医疗健康事业的进步,医用金属植入物等医疗器械在临床应用中出现的细菌感染、生物相容性不佳等瓶颈亟待解决。近年来,飞秒激光以其加工精度高、适用材料广、热效应低、灵活可靠等优势,成为医用材料表面改性备受关注的新技术。本文针对体液光谱检测、植入物表面细胞行为调控、口腔抗菌这三个具体临床应用场景,简述了制备表面微纳复合结构实现生物功能的基本原理,以及多功能微纳复合结构的制备原理,梳理了飞秒激光诱导微纳结构的应用进展及研究现状,以期为相关研究人员提供线索和依据。     

飞秒激光诱导金属表面的周期性结构分析

随着科学技术的不断发展,激光技术逐渐发展产生了飞秒激光,而在飞秒激光出现之后促进了材料、激光直接的相互作用,使得飞秒激光诱导金属表面出现新的周期性结构,这中结构的潜在应用价值非常重要,因此急需加大对其研究。本文主要研究飞秒激光的主要特点和具体应用,飞秒激光诱导金属表面的周期性结构的主要特点以及产生的现象。     

飞秒激光诱导硅材料表面周期结构的研究

为了研究飞秒激光诱导的硅材料周期表面结构,采用了理论分析和实验验证相结合的方法,对波纹周期与入射激光波长之间关系的理论分析计算,得到了单晶硅表面波纹周期约为800nm,研究了1kHz的飞秒脉冲(中心波长800nm,脉宽35fs)加工单晶硅引起的波纹结构。结果表明,在功率密度略大于样品损伤阈值的条件下,单晶硅表面形成了清晰的平行等间距直线周期条纹结构,测得该条纹的周期约为750nm,与所用激光中心波长接近。使用可旋转的格兰-泰勒棱镜改变入射激光的偏振方向,发现周期波纹方向随入射激光偏振方向的改变而改变,条纹方向与飞秒激光的电矢量方向垂直,并且由加工图片看出经辐照过的区域比未经辐照区域干净得多。这一结果对进一步研究激光诱导的周期性表面结构具有参考意义。     

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。     

飞秒激光诱导硅表面高频周期结构

通过引入双温方程电子数密度模型,德鲁德模型和波纹间隔理论=/2,得到高频波纹周期具有波长依赖性的特点,分析了在辐射光通量接近损伤阈值时,高频周期波纹在一定范围内接近/6~/4,且随入射激光通量近似成正比。同时基于时域有限差分法（FDTD）的方法对飞秒激光辐照硅表面电场分布进行数值仿真,在初始脉冲形成近波长波纹的情况下,硅表面的电场再分布使得激光能量大多沉积在凹槽边缘,产生高频周期性结构。在此基础上对初始凹槽深度和激发态下硅表面的光学性质（介电常数）进行分析,得到了形成高频周期波纹的条件。该研究对于理解飞秒激光造成硅表面形成周期结构及其在加工硅材料领域具有重要的参考意义。     

基于铌酸锂晶体电光效应的差频转换效率调制

为了在差频过程中得到较高的转换效率,利用铌酸锂晶体的电光效应来改变晶体的折射率,进而在非线性过程中调整位相失配量来实现差频转换效率的调制,模拟了外加电场对差频转换效率的影响。结果表明,利用铌酸锂晶体的电光效应,可以在任意给定抽运光强的情况下,获得较高的差频转换效率。这一结果对于获得新的中红外光源是非常有益的。     

Nondestructive characterization of the domain structure of periodically poled lithium niobate crystal based on rigorous coupled-wave analysis

We report rigorous coupled-wave analysis (RCWA) method to non-destructively characterize the domain structure of periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal. The strong light diffraction effect is achieved by applying a proper external voltage. We can observe reversed domain pattern and employ the detected diffraction intensity to optimally fit the result of RCWA based on least square method. Compared with conventional scalar diffraction theory, more accurate domain structure parameters with accuracies of 0.05 µm and 0.005 for the period and duty cycle are obtained respectively. It is proved that accurate, real-time and nondestructive characterization can be realized via this method. This work has been supported by the National High Technology Research and Development Program of China (No.2013AA030501). E-mail:wgl@fjirsm.ac.cn      

An electrically controlled tunable photonic crystal filter based on thin-film lithium niobate

In this paper, we present an electrically controlled tunable narrowband filter based on a thin-film lithium niobate two-dimensional(2D) photonic crystal. The filter incorporates a photonic crystal microcavity structure within the straight waveguide, enabling electronic tuning of the transmitted wavelength through added electrode structures. The optimized microcavity filter design achieves a balance between high transmission rate and quality factor, with a transmission center wavelength of 1 551....     

铌酸锂晶体结构对电场传感器灵敏度影响分析

铌酸锂晶体光学电场传感器为全介质结构,具有宽带宽、对被测电场干扰小的优点,但其灵敏度较低。因此,分析了晶体几何尺寸对传感器灵敏度的影响机理,得出通过增加沿外加电场方向的晶体尺寸同时减少晶体横截面上沿外加电场垂直方向的晶体尺寸来提高传感器的灵敏度。使用COMSOL仿真分析了铌酸锂晶体不同厚度、宽度、长度对晶体内部电场强度的影响,得出晶体厚度从15 mm减小到3 mm和宽度从3 mm增加到22 mm时,晶体内部电场强度分别提高约5.1倍和12.3倍;晶体长度从15 mm变化到55 mm时,晶体内部的电场强度变化仅约为5%。设计并研制出晶体尺寸分别为3 mm×3 mm×42.2 mm (x×y×z),3 mm×6 mm×42.2 mm (x×y×z),6 mm×6 mm×42.2 mm(x×y×z)的三只铌酸锂晶体电场传感器,并搭建工频电场测试平台,测试得出三只电场传感器的灵敏度分别为0.243 mV/(kV·m^-1)、0.758 mV/(kV·m^-1)、0.150 mV/(kV·m^-1)。当晶体厚度和长度一定且晶体宽度从3 ...     

Acoustoelectric amplification of surface waves in structure of cadmium-selenide film on lithium niobate

Electronic gain of 38 dB/mm at 170 MHz has been observed in a dispersive surface-wave delay line consisting of a cadmium-selenide film on a lithium-niobate substrate.     

Features of propagation of surface acoustic waves in two-dimensional phononic crystals on the surface of a lithium niobate crystal

Two-dimensional phononic crystals are fabricated on the surface of a lithium niobate crystal. A numerical method is developed for calculating the frequency dependences of the transmission and reflection coefficients of a surface acoustic wave for a rectangular region with two-dimensional periodic structure on the surface of an elastic body. Measurements of the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients are performed for propagation in the part of the lithium niobate crystal surface on which two-dimensional phononic crystals were fabricated. Forbidden zones are found in the transmission spectra of the waves transmitted through phononic crystals. It is shown that, if the width of the incident wave beam is less than the width of the region with the two-dimensional periodic structure (the two-dimensional phononic crystal), then a resonant increase in the transmission coefficient arises near the center of the rejection band.     

铌酸锂微晶的光控制取向行为研究

基于光镊机理与倒置显微成像方法成功实现了铌酸锂微晶颗粒的光学捕获控制和光致取向的直接观测.由于铌酸锂微晶具有光学各向异性性质,所以在线偏振飞秒激光的操控下,所捕获的铌酸锂微晶颗粒能够依据激光偏振方向成功实现光控制取向.分析了铌酸锂微晶颗粒的激光控制取向机理,说明了铌酸锂微晶颗粒的取向可以利用激光的线性偏振方向进行光致取向旋转,有望应用于微纳光子学、MEMS、光控微型马达和微操作等科学研究领域.