西安交通大学 电子科学与工程学院 陕西省信息光子技术重点实验室， 西安710049
利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术研究了不同数值孔径显微物镜聚焦的单脉冲飞秒激光诱导熔融石英微结构中等离子体的瞬态时间-空间演化特性及瞬态电子密度空间分布与激光诱导微结构的联系。实验结果表明显微物镜聚焦的飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度随延时的增加先增大后逐渐减小。当显微物镜的数值孔径为0.45时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加变化不大，基本都在非线性焦点处，激光在样品中诱导的微结构是点状的；当显微物镜的数值孔径为0.3时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加逐渐向样品内部移动，激光诱导的微结构是长条状的。此外，不同数值孔径显微物镜聚焦飞秒激光在样品中诱导最大瞬态电子密度的空间位置与激光诱导微结构的位置一致，这说明飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像可用于超快激光微加工过程的在线检测，可为超快激光诱导材料微结构的定向调控及加工参数优化提供参考。
飞秒激光 泵浦探测阴影成像 等离子体 微纳加工 数值孔径 Femtosecond laser Pump-probe shadowgraphy Plasma Micro-nano machining Numerical aperture
西安交通大学电子与信息学部电子科学与工程学院, 陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
光纤激光器在光纤通信、激光加工等领域具有广泛的应用。光纤Bragg光栅(FBG)是构成全光纤激光器的关键器件。FBG飞秒激光制备技术适用于各种材料的光纤,具有加工工艺简单、可制备耐高温FBG等优点,在光纤激光器中已取得广泛应用。基于此,介绍了FBG飞秒激光制备技术的方法、特点及其在光纤激光器应用中的优势,展示了FBG飞秒激光制备技术在不同波长范围和类型的光纤激光器中的应用研究进展,最后对未来适用于光纤激光器的FBG飞秒激光刻写技术的发展方向进行展望。
激光器 光纤布拉格光栅 飞秒激光 微纳加工 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111426
西安交通大学电子与信息学部电子科学与工程学院, 陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
晶体材料微加工技术是制备微电子器件、微机电系统器件的关键技术。飞秒激光辐照结合湿法腐蚀加工技术不仅可以去除飞秒激光诱导微结构表面缺陷,提高微结构表面光滑度,还在制备高纵横比结构、内部通道等方面具有独特的优势,为晶体加工开辟了新的道路。本文概述了飞秒激光辐照结合湿法腐蚀加工技术特点、原理和优势,总结了其在硅、碳化硅、蓝宝石晶体材料微结构制备中的研究进展,讨论了该技术的不足及其未来发展。
激光光学 飞秒激光 湿法腐蚀 晶体材料 微纳结构 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111419
西安交通大学 电子与信息工程学院 陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
作为一类新型二维纳米材料, 金属碳/氮化物纳米片(MXene)具有高的比表面积和电导率, 以及组分、层数与厚度灵活可控的优点, 在储能、催化、传感和光学等领域具有潜在应用价值。研究了一种MXene材料碳化钛(Ti3C2TX)纳米片分散液的非线性光学效应及其响应机制。发现Ti3C2TX纳米片分散液在532、1 064 nm纳秒脉冲激光作用下表现出优异的光限幅性能, 其限幅阈值分别为0.14 J/cm2和0.12 J/cm2; 通过测量非线性散射光强度随入射光功率密度的依赖关系, 发现该材料光限幅响应机制主要起源于非线性光学散射效应。与传统的光限幅材料C60比较, 该材料具有光限幅阈值低、响应波长范围宽等优点。
光限幅 碳化钛纳米片 非线性散射 optical limiting titanium carbide nanosheets nonlinear scattering 红外与激光工程
2019, 48(11): 1103002
1 西安交通大学电子与信息工程学院电子物理与器件教育部重点实验室,陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安理工大学理学院, 陕西 西安 710048
针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在应用中温度与应变串扰的问题,利用飞秒激光结合相位掩模板法在异质光纤熔接点处刻写FBG,基于FBG的温度或应变响应系数的特点,实现温度与应变双参量的传感测量。分别标定了掺镱-石英FBG和铒镱共掺-石英FBG的温度和应变响应系数,结果表明,铒镱共掺FBG和石英FBG的温度响应系数差异较大,应变响应系数相近,故可用作温度、应变双参数传感测量。经过800 ℃的高温退火的铒镱共掺-石英异质FBG在700 ℃温度下可保持长时间反射率稳定,因此可应用于700 ℃以内的温度和应变双参量解调。
光纤光学 光纤布拉格光栅 温度应变双参量传感 飞秒激光加工 相位掩模
中红外3 μm波段被动锁模超短脉冲光纤激光光源在**和民用方面都有潜在应用,如激光医疗、激光光谱学、材料处理及产生中红外超连续谱的抽运源等。基于掺钬或钬谱共掺、掺铒或铒镨共掺的ZBLAN光纤的中红外被动锁模光纤激光器成为国内外研究热点。已有报道中中红外被动锁模光纤激光器连续锁模时最高输出平均功率为1.05 W。本课题组利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在对光纤端面进行有效防护和进一步优化激光器结构的条件下,在室温时实现了平均功率超过3 W的中红外连续锁模激光输出,斜率效率为22.6%。
1 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安710049
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州215123
基于微机电系统工艺, 设计并制作了一种电磁驱动大尺寸的二维扫描振镜.分析了两种不同的电磁驱动方式产生的力的大小, 选择驱动力较大的双极子方式作为驱动.运用有限元法模拟了器件的谐振频率静态及动态响应, 仿真结果与实际测得的结果一致.描述了振镜的工艺流程及封装方式, 并制备了振镜.实验测得振镜在120 mA静态电流驱动下, 慢轴和快轴分别能达到的最大转角为±4.5°及±5°, 慢轴及快轴的谐振频率分别为348 Hz及660 Hz, 并得到在此谐振频率下的李萨如图形.将器件用于激光成像系统之中, 使得散斑对比度下降到4.2%, 激光成像质量得到很大提升.
微机电系统 激光散斑 有限元仿真 光学扫描 利萨如图形 Micro Electronic Mechanical System(MEMS) Laser speckle Finite element method Optical scanning Lissajous pattern
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education, Shaanxi Key Lab of Information Photonic Technique, School of Electronics & Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
A method for fabricating deep grating structures on a silicon carbide (SiC) surface by a femtosecond laser and chemical-selective etching is developed. Periodic lines corresponding to laser-induced structure change (LISC) are formed by femtosecond laser irradiation, and then the SiC material in the LISC zone is removed by a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid to form grating grooves. Grating grooves with a high-aspect ratio of approximately 25 are obtained. To obtain a small grating period, femtosecond laser exposure through a phase mask was used to fabricate grating structures with a 1.07 μm period on the surface of the SiC.
140.7090 Ultrafast lasers 230.4000 Microstructure fabrication 160.6000 Semiconductor materials Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 021407
1 西安交通大学电子与信息工程学院, 陕西 西安 710049
2 西安理工大学理学院, 陕西 西安 710054
针对耐高温准分布式光纤布拉格光栅（FBG）传感器的需求，利用飞秒激光相位掩模辐照结合光纤拉伸，研究出制备不同周期的布拉格光栅的方法。通过改变光纤两端施加应力的大小来控制FBG的周期，得到具有不同布拉格波长的FBG并构成准分布式高温传感器。标定了FBG的温度响应参数，实现了两点准分布式温度测量。准分布式传感系统由光纤光栅解调仪和串接在一起的不同布拉格波长的FBG构成。不同温度下FBG的光谱响应结果表明：FBG的布拉格波长对温度响应曲线有很好的线性拟合相关度，在800 ℃长时间退火后FBG反射率稳定在-10.2 dB，该传感系统可用于800 ℃以内的温度传感测量。
光纤光学 准分布式温度传感器 飞秒激光微加工 相位掩模 光纤布拉格光栅 激光与光电子学进展
2016, 53(10): 100606
西安交通大学电子与信息工程学院陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
超短脉冲激光因其独特的传播性质，在光电对抗领域具有重要的应用潜力。针对传统光限幅器件在超短脉冲激光限幅防护领域中存在的若干问题，提出一种基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器。该限幅技术利用超短脉冲在非线性介质中诱导非线性偏振椭圆旋转(NER)效应，可实现超低阈值的光限幅输出，同时将非线性偏振椭圆旋转和自聚焦效应相结合，可保证器件在较大动态能量范围内具备限幅功能，该器件具备响应速度快、适用光谱范围宽的优点。系统阐述了NER 效应的基本原理，并利用飞秒脉冲激光验证了基于NER 和自聚焦效应的光限幅器的限幅性能。
非线性光学 光限幅 超短脉冲 光克尔效应
