提出了一种基于圆形与L形耦合的可调谐的太赫兹宽带吸收器。其主要结构由顶层的电可调石墨烯材料、中间的介质材料SiO2和底层的金组成。通过COMSOL软件和多重反射干涉理论对器件的吸收光谱进行研究。结果表明：模拟与理论的吸收光谱高度重合。在保持狭缝的前提下，改变中央位置的石墨烯形状并不会改变吸收器的性能。当石墨烯的费米能级通过外加电压调节到0.95 eV时，器件处于强吸收（吸收率>90%）的频谱宽度超过了4.1 THz，且具有极化无关的特性。本设计在光开关、调制器和能量收集等领域具有潜在的应用价值，也给太赫兹宽带吸收器的设计提供更多的灵感。
光学器件 石墨烯 狭缝结构 太赫兹吸收器 偶极子共振 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1323001
西南科技大学 理学院, 极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
利用波长为800 nm的飞秒激光，在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中，激光能量密度为0.265 J/cm2时，钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构; 激光能量密度为0.102 J/cm2时，主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向，且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中，除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构，还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。
飞秒激光 激光诱导表面周期条纹结构 钛 二次谐波 表面等离子体 femtosecond laser laser induced periodic surface structures titanium second harmonic generation surface plasmon polaritons 强激光与粒子束
2017, 29(4): 049001
Author Affiliations
Abstract
Joint Laboratory for Extreme Conditions Matter Properties, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China
We investigate the dynamic processes of the Nd:YAG pulse laser ablation of fused silica by ultrafast time-resolved optical diagnosis with a nanosecond time resolution. The evolution process of plasma expansion in air and shock waves propagation in the bulk are both obtained with spatial and temporal resolutions. Laser-induced damage in the bulk of fused silica with filaments and shock waves are observed. Thermoelastic wave, mechanical wave, and shock wave dependence on the laser fluence and intensity of the plasma are analyzed. The shock pressure P and temperature T calculated through the measured shock velocity D and the Hugoniot data of fused silica are measured.
140.3330 Laser damage 170.6920 Time-resolved imaging 260.7120 Ultrafast phenomena 320.7100 Ultrafast measurements Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 051402
为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响, 采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀。通过建立热扩散理论模型, 模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布, 并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析, 发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域, 且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生。通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量, 结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析。结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散; 两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响。这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的。
激光光学 表面结构 热效应 铌酸锂 飞秒激光 温度场分布 laser optics surface structure thermal effect lithium niobate femtosecond laser temperature field distribution
西南科技大学-中国工程物理研究院 激光聚变中心 极端条件物质特性联合实验室, 绵阳 621010
为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程, 采用超快时间分辨光学诊断技术, 对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程, 获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像。对于纳秒激光, 当延迟时间为200ns~300ns时, 观察到物质喷发现象出现, 此时喷发物为气液混合物, 当延迟时间为1060ns时, 喷发物为小液滴;对于飞秒激光, 当延迟时间为1ns~2ns时, 观察到物质喷发现象出现, 喷发物为等离子体。结果表明, 在样品表面, 纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同, 特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的, 在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中, 不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导。该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助。
超快光学 物质喷发 超快诊断 冲击波 等离子体 ultrafast optics material ejection ultrafast diagnostic shock wave plasma
利用重复频率为25 MHz 的飞秒激光刻写铌酸锂掩埋式光波导,研究了在激光作用中心及热影响区域的物质结构,采用650 nm 的激光进行端面耦合实验,观测刻写区域波导的光传输特性及损耗测量.研究发现,在激光刻写区域的上下两个部位分别形成了传输损耗低于1.5 dB/cm 的单模光波导,而刻写区域中心未形成波导结构且光传输性能较弱.拉曼分析显示,刻写区域上下两个部位形成了致密化波导结构,而刻写中心形成了大尺度的缺陷.
激光光学 飞秒激光 光波导 拉曼 铌酸锂 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 091403
西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变中心极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照，研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明，在样品没有退火处理的情况下，激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603 nm)和红色荧光带(680 nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示，在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x＜2)的存在，并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明：603 nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx，680 nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度，通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度，可以有效地控制样品的荧光强度。
飞秒脉冲激光 单晶硅 微构造 光致荧光特性 femtosecond laser pulses monocrystalline silicon microstructured silicon photoluminescence 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101024
西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心 极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532 nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照，研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征，并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示：当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8 μm时，形成尖峰微结构;随着能量密度或光斑面积增大，尖峰结构消失，形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解，模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。
纳秒激光 单晶硅 微结构 表面张力 nanosecond laser silicon surface microstructures surface tension 强激光与粒子束
2014, 26(11): 114101
西南科技大学极端条件物质特性实验室, 四川 绵阳 621010
采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了NdYAG脉冲激光分别烧蚀熔石英样品后表面和体内的动态过程,获得了冲击波和等离子体演化过程的时间分辨图像。结果表明，在样品后表面,激光与材料作用产生了多个在体内传输的冲击波,冲击波传播到样品前表面时会发生反射;在样品体内,激光与材料作用产生了等离子通道,在激光焦点处和自聚焦处产生了较强的微爆点。实验还发现,冲击波在界面的反射波和反射剪切波强度与冲击波入射角有关,不同冲击波的传播速度不同。
超快光学 冲击波 超快诊断 等离子体
西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论，采用超快时间分辨的光学诊断技术，研究了532 nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性，获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明: 激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波，且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波，即反射波和反射剪切波；反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。
脉冲激光 冲击波 等离子体 超快诊断 pulse laser shock wave plasma ultrafast diagnosis 强激光与粒子束
2014, 26(1): 012010
