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。     

飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值研究

为了测量飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值, 采用钛∶蓝宝石飞秒脉冲激光(800nm、50fs)对多光谱滤光片的前膜进行了激光损伤阈值的实验研究, 并使用显微镜观测了滤光片前膜的损伤形貌。结果表明, 薄膜在不同脉冲辐照次数(1, 2, 5和10)下, 前膜损伤阈值分别为1.68J/cm2, 1.56J/cm2, 1.44J/cm2和1.42J/cm2, 随着脉冲辐照次数的增加, 损伤阈值降低, 激光脉冲的重复辐射会对薄膜形成累积效应; 由于飞秒激光的宽度极短, 薄膜导带电子由多光子电离产生, 并迅速吸收激光能量, 当其能量大于材料的带隙能时, 会与价带电子发生碰撞产生另一个电子, 进而形成大量的自由电子, 对薄膜造成损伤; 在1-on-1和2-on-1测试方法下, 随着飞秒激光能量密度的增加, 前膜损伤区域的轮廓越来越清晰、规整, 并逐渐出现清晰的分层现象, 这归因于前膜干涉场的分布不同。该研究对多光谱滤波光膜在飞秒激光作用下的损伤效果提供了参考。     

飞秒激光致双液滴光学击穿和等离子体分布研究

为了研究超短激光脉冲与双液滴相互作用过程中的光学击穿和等离子体分布,基于麦克斯韦方程组和电离速率方程,构建了飞秒激光与双液滴的瞬态耦合模型,使用有限元分析方法,对飞秒激光辐照微米量级双液滴的自由电子密度和光场分布进行了计算,得到了双液滴结构对液滴光学击穿和等离子体变化的影响。结果表明,第2个液滴的击穿阈值约为同等条件下单液滴击穿阈值的35%;等离子体的形态和击穿点的位置随双液滴间距发生变化,且在聚焦区域产生纳米等离子体射流;第2个液滴对激光能量的吸收随着双液滴间距的增加而减少;当分别使用满足击穿阈值的光强入射,双液滴吸收的能量约为单液滴的3%;第2个液滴对激光能量的吸收随光强增大而增大,能量吸收比例最终趋于0.01,仅为单液滴的1.5%。该研究为激光诱导水击穿和激光在大气中的传输提供了一定的参考。     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

飞秒超短脉冲激光对硅太阳能电池的损伤阈值研究

首次采用飞秒超短脉冲激光（35 fs）,研究其对硅太阳能电池的损伤阈值。与相同波长的连续激光对比,飞秒激光的损伤阈值略高。这一结果不同于纳秒或皮秒激光,主要是因为当加热脉冲时间相当或小于电子-声子耦合时间时,非热平衡效应显著,热传导现象不再满足Fourier 定律。在实验中采用了光束整形技术,首次采用强度均匀分布的激光研究损伤阈值。此技术能减小高斯激光中心光强过大造成的实验偏差。     

利用飞秒激光和纳秒激光脉冲加工金刚石

分别利用脉宽在40 fs 和5 ns 的飞秒及纳秒激光脉冲加工了钎焊在不锈钢底板上的金刚石阵列.通过测量加工区域面积和入射激光功率的关系推断出了飞秒和纳秒激光脉冲加工金刚石材料的阈值.实验结果表明,相比于纳秒激光加工,利用飞秒激光加工金刚石的阈值更低.也利用显微镜比较了利用不同种类光源加工金刚石后加工区域的形貌.研究结果证明了利用飞秒激光加工金刚石相比于纳秒激光更为有效.     

飞秒激光烧蚀镍的数值模拟

为了研究金属镍的飞秒脉冲激光烧蚀特性,利用三维双温模型和采用有限差分法,对飞秒激光烧蚀镍的三维温度场进行数值模拟,计算得到了单脉冲烧蚀阈值、单脉冲烧蚀半径及烧蚀深度等。通过改变激光能量,研究了电子品格耦合时间随脉冲能量变化的规律以及脉冲能量对烧蚀半径、烧蚀深度、烧蚀速率的影响。模拟结果表明,随着飞秒脉冲激光能量的增加,材料烧蚀引起的喷射出现的越早,完成烧蚀所用时间越长,烧蚀速率越大,同时材料烧蚀孔半径、深度增加,最终趋于饱和。     

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.     

超短脉冲激光对无机硅材料的损伤

通过控制作用于材料表面的激光能量和脉冲数量,实验研究了800nm,50fs,1kHz激光作用下融石英玻璃和硅片的破坏机制和损伤规律,计算了材料的损伤阈值与脉冲能量以及脉冲数量的依赖关系,并采用简化的理论模型计算了熔石英玻璃材料的损伤阈值与激光脉宽以及光子能量之间的依赖关系。对这两种无机硅材料在飞秒脉冲作用后的微区结构改变进行了扫描电子显微镜(SEM)测试,研究了其形貌特征。结果表明,硅片是由缺陷中的导带电子作为种子电子引发雪崩电离导致材料损伤,而熔石英玻璃是由多光子电离激发出导带电子引发雪崩电离导致材料损伤。     

高能量低重复频率超短激光脉冲的测量

利用非线性晶体 (BBO)的非共线匹配倍频效应 ,研制了实时测量高能量低重复频率超短激光脉冲宽度的单脉冲自相关仪 ,并对飞秒 (fs)参量放大器的输出脉冲宽度进行了测量 ,测得了 10 3fs的超短激光脉冲宽度。     

近红外飞秒激光在纯石英玻璃中诱导产生色心

聚焦的近红外飞秒激光在纯石英玻璃中诱导产生Si E‘心,在宏观破坏前,色心含量随激光功率密度、辐照脉冲数呈线性关系增长．通过飞秒激光辐照前后石英玻璃的吸收光谱、电子自旋共振谱、荧光谱分析,提出了超短脉冲激光作用下Si E’心的形成过程,并认为激子自陷是色心形成的主要原因。     

Experimental investigation of ultrashort pulse laser-inducedbreakdown thresholds in aqueous media

Laser-induced breakdown (LIE) thresholds are determined for pulse durations of 2.4 ps, 400 fs, and 100 fs at 580 mn in high purity water, saline and tap water. The dependence of LIE irradiance thresholds on pulse duration, optical wavelength, and focal volume is examined, and the experimental data obtained is compared with a theoretical model. The slopes of the probability curves calculated are compared with mechanisms for LIE, namely avalanche ionization, multiphoton initiated avalanche ionization, and multiphoton ionization. Lastly, the dependence of the peak breakdown electric field on pulse duration and focal volume is empirically determined and compared with previous work     

飞秒激光扫描不同温度下的硅片诱导形成微结构的差别

不同温度下利用钛宝石激光器输出的飞秒激光脉冲(脉宽42fs,中心波长800nm,最大单脉冲能量3.6mJ),通过扫描方式在硅表面诱导产生表面微结构。采用光学显微镜和扫描电镜观察飞秒激光诱导硅表面微结构的形貌,发现不同温度下硅片表面形成的微结构区域和形貌出现明显的差异。根据观测结果,分析比较了不同温度条件下硅材料微结构形成的能量阈值。随着温度升高,形成的微结构区域减小,飞秒激光诱导形成硅表面微结构的能量阈值升高。这对于研究飞秒激光与物质的相互作用有一定的参考价值,也能对将来实现硅表面微结构的制作提供参考。     

利用飞秒激光光镊捕获生物细胞

采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞（RBC）的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810nm、脉冲宽度40fs和重复频率为100MHz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续（CW）激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。     

高重复率全光纤被动锁模飞秒激光产生研究

报道了高重复频率全光纤被动锁模飞秒激光产生的实验研究,采用全光纤环形腔结构和非线性偏振旋转可饱和吸收被动锁模机理实现了100MHz级掺铒光纤锁模飞秒激光的稳定运转,最高重复频率为99.91MHz,光谱带宽为25nm,中心波长为1570nm,脉宽最短为194fs,实验同时研究了在不同重复频率下的全光纤被动锁模激光器运转动力学特性。研究为高重复频率飞秒光纤激光器在光频梳产生技术中的应用提供了高集成、高稳定超快光源技术途径。     

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.     

Femtosecond laser-tissue interactions: Retinal injury studies

We report the first study of laser-tissue interaction in the femtosecond time regime. Retinal damage thresholds and mechanisms produced by exposure to high-intensity femtosecond laser pulses were investigated in chinchilla grey rabbits. Exposures were performed using single laser pulses of 80 fs duration at 625 nm. ED50injury thresholds of 0.75 and 4.5 μJ were measured using fluorescein angiographic and ophthalmoscopic visibility criteria evaluating 204 laser exposures. Ultrastructural studies including light and electron microscopy were performed on selected lesions. Results suggest that the primary energy deposition in the retina occurs in melanin, However, in contrast to laser injuries produced by longer pulses, exposures of more than 100 × threshold in the50-100 muJ range did not produce significantly more severe lesions or hemorrhage. This suggests the presence of a nonlinear damage limiting mechanics in tissue exposed to femtosecond laser pulses.