材料近表面吸收激光能量引起电子温度和晶格温度在皮秒内产生变化,对超声波脉冲最后的形状产生很大影响。阐述了固体中激光声子产生的原理,介绍了光激发法、压电法激发声子回波,介绍了用抽运探测法、光干涉检测法、准共振激发荧光技术以及压电光声检测来探测声子的原理,简要描述了高频声子的应用。

利用飞秒瞬态反射谱，研究了GaAs的载流子的超快动力学特性。根据实验结果，分析了弛豫过程，并通过计算，分析了自由载流子和晶格温度效应对弛预过程的影响，并给出了定量计算结果，分别为-7.33×10-4， 0.85×10-4。

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.

采用高能短脉宽激光冲击加载技术(LSP),利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段,研究了在激光诱导的超高应变率和高于材料动态屈服强度冲击加载条件下,2Cr17Mn15Ni2N奥氏体不锈钢表面亚结构的转变特征和机制。结果表明,冲击区表面结晶度降低,形成大小为0.1～0.5 μm的等轴亚晶区以及规则排列的龟裂区;表面硬度显著增加,形变层深0.25 mm;此外,在冲击区表层观察到形变滞后退火孪晶、显微带、位错胞、条形亚晶、滑移型层错等亚结构,未发现形变孪晶和ε(α)马氏体相。分析认为,激光诱导的超高应变率是产生奥氏体不锈钢表面特殊亚结构的主要原因。

基于双光子吸收引发的光聚合局限在紧密聚焦的焦点区域的原理,建立了飞秒激光三维微细加工系统;结合高斯光束的强度分布函数,推导了横向与轴向分辨率的表达式。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7 μm。研究表明,加工线宽随功率增加而增加,随加工速度增加而减小;确定了波束腰为0.425 μm,双光子吸收截面为2×10-54 cm4·s。采用双光子光聚合技术,加工了齿宽5 μm的实体微型齿轮,制备三维木堆型光子晶体结构,分辨率为1.1 μm,杆间距和层间距均为5 μm,实现了飞秒双光子光子晶体结构的制备。

首先分析了飞秒激光与物质的作用原理和载流子激发,载流子散射和晶格热化等超快动力学过程,接着简要阐述了飞秒波谱检测技术的基本原理和实验装置,并在此基础上分别介绍了瞬态吸收波谱技术、瞬态偏振旋转技术和光子回波技术,结合实例对这些技术进行了分析,最后展望了瞬态动力学研究和飞秒波谱检测技术的应用前景。