作者单位
摘要
1 深圳技术大学中德智能制造学院,广东 深圳 518118
2 温州大学机电工程学院,浙江 温州 325200
3 浙江大学机械工程学院,流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江 杭州 310027
Overview: Surface-enhanced Raman scattering (SERS) affords a rapid, highly sensitive, and nondestructive approach for label-free and fingerprint diagnosis of a wide range of chemicals. This technique has been applied in explosives detection, pre-cancer diagnosis, food safety, and forensic analysis, where a small number of hazardous substances can seriously affect health of human beings. Thus, it is of great significance to prepare high-performance SERS sensors. In general, the signal intensity of SERS is determined by the following three factors: 1) The enhancement effect of surface nanostructure on local electric fields; 2) The number of molecules to be detected in hot spots; 3) Performance of the Raman spectrometer. Therefore, in order to achieve high-performance SERS detection of trace molecules, current research focuses on how to increase the density of hot spots and the number of analyte molecules in the detection area. An ultrafast laser has an ultra-short pulse width and ultra-high peak power, so it can interact with the majority of materials with high processing accuracy and excellent controllability. Meanwhile, it can rapidly construct a variety of large-area micro/nano-structures on material surfaces based on facile digital programming strategies. In addition, combined with multi-beam parallel fast scanning technology, low-cost and high-efficiency machining can be realized without a special requirement for the machining environment. Based on the above advantages, the ultrafast laser has become one of the important means for the fabrication of micro/nano-structures. This is important for the commercial preparation of high-performance SERS sensors. In this paper, we focus on two aspects to introduce the ultrafast laser preparation of high-performance SERS sensors, including how to increase the density of hot spots and the number of analyte molecules in the detection region. Ultrafast lasers can prepare micro/nano-structures with local field enhancement effects by both "bottom-up" and "top-down" processing strategies. The first is based on the "bottom-up" principle, where the reduction, deposition or polymerization of atoms, molecules or other nanoparticles is controlled by ultrafast lasers to achieve additive manufacturing of micro/nano-structures. The other is based on the "top-down" principle, where materials are removed by the ultrafast laser ablation to rapidly achieve hierarchical micro/nanostructures. These structures provide abundant active hot spots for SERS detection. In particular, the superhydrophobic surfaces prepared by the ultrafast laser are one of the most effective methods to achieve the enrichment of analyte molecules. Raman scattering can be excited more effectively by enriched molecules, which is conducive to obtaining higher detection limits and realizing ultra-trace detection. Finally, a prospect for the development of laser-prepared SERS substrates is provided.
超快激光加工 拉曼光谱 表面增强拉曼散射 微纳结构 ultrafast laser fabrication Raman spectroscopy surface-enhanced Raman scattering micro/nano-structures 
光电工程
2023, 50(3): 220333
周凯 1,2杨灿 1,2杨焕 1,2郑俊健 2[ ... ]李春波 1,2,*
作者单位
摘要
1 深圳技术大学先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室,广东 深圳 518118
2 深圳技术大学中德智能制造学院,广东 深圳 518118
研究了激光工艺参数的波动对钛合金表面着色稳定性的影响,以及不同激光工艺参数下钛合金表面色块的微观形貌和元素组分。在钛合金表面制备了橙、金、蓝、绿、紫等5种颜色的色块,通过重复实验获得各种成色稳定的色块对应的扫描速度、功率和线间距,实现了在20 J/cm2左右的较低激光能量密度下,在钛合金上获得欧几里得距离?Eab*<7的稳定颜色。分析了激光工艺参数在等量或等比变化下的成色稳定性,结果表明,在间隔为1 μm的线间距扰动下,?Eab*值的波动最大,不利于稳定成色。从样本的微观形貌、结构、元素组分等方面分析了不同色块的微观结构和元素组分差异,结果表明,激光作用后,样本表面分别形成了裂纹状、团块状有明显差异的两种微结构,且氧、碳元素含量区别明显。激光诱导钛合金表面着色是激光作用于材料表面形成的热效应导致的材料升温与表面钛氧化物形成共同作用的结果。
激光技术 激光着色 钛合金 工艺参数 纳秒激光 着色机理 
中国激光
2023, 50(8): 0802208
作者单位
摘要
1 华南师范大学, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
3 深圳技术大学, 中德智能制造学院, 广东 深圳 518118
4 华中科技大学, 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
冶金、 核工业、 污染检测和环境监测等领域对元素分析的需求是必不可少。 激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的原子光谱分析技术, 具有实时快速、 对样品几乎无损、 可多元素同时分析等特点, 因此一直受到广泛的关注。 但其分析灵敏度较差的缺点一直限制着该技术的发展。 激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术能够通过激光共振激发提高分析灵敏度并高效检测样本元素种类, 通过光谱仪收集光谱信息并建立模型可对未知样本进行浓度预测。 但当基体原子与目标原子的特征谱线十分接近时, 基体谱线会受到影响, 此时一元定标准确度下降。 通过一元线性拟合和多元线性拟合两种方式对钢铁中的Ni和Cr元素分别建立线性模型。 首先, 选取样品光谱中的峰值谱线, 核实其是否为待测元素或基体元素所对应的特征谱线, 选定合适的特征谱线后, 将多个谱线的光谱强度以及对应该样品的待测元素浓度作多元线性拟合模型, 将各个谱线所对应的拟合系数由高到低进行排序, 并以多元线性拟合模型中各个特征谱线对应的光谱强度对浓度预测的贡献度为标准不断减少拟合维度, 使Ni和Cr拟合模型的决定系数分别由0.960 1提高至0.992 9和0.992 0提高至0.998 7, Ni和Cr元素含量的回归模型平均相对误差分别由38%降低至10%左右和55%降低至25%以内, Ni和Cr元素的线性回归模型的交叉验证均方根误差随着维度的增加分别由3.4%降低至2%左右和2.5%降低至1.5%左右。 选取多个谱线建立多元线性回归模型的方法较为有效的降低了激发干扰的影响, 以较小的工作量提高了对待测样品的待测元素浓度预测的准确度, 为推进激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术在元素分析的实际应用提出了一种可行的方案。
激光诱导激光光谱 激光诱导荧光 多元线性回归 Laser-induced breakdown spectroscopy Laser-induced Fluorescence Multiple linear regression 
光谱学与光谱分析
2022, 42(3): 795
作者单位
摘要
1 莆田学院机电工程学院,福建 莆田 351100
2 深圳技术大学中德智能制造学院,广东 深圳 518118
通过激光烧蚀制备了区域可控的超疏水/超亲水混合表面,研究了预润湿对水下和油下样品表面润湿性的影响,以及样品表面润湿的稳定性。结果表明,预润湿会改变样品表面的油下水接触角及水下油接触角,也会改变气泡在其表面的行为;样品经水浸泡、受热或曝露空气后,超亲水表面出现润湿性转变而超疏水表面较稳定。样品常温下密封保存能长期保持稳定性。研究结果对油水分离、油气分离、水性介质中的气泡控制具有重要意义。
激光烧蚀 润湿性 化学修饰 表面自由能 laser ablation wettability chemical modification surface free energy 
光电工程
2019, 46(8): 190022
杨焕 1,2曹宇 2李峰平 1,*薛伟 1,2
作者单位
摘要
1 温州大学激光与光电智能制造研究院,浙江 温州 325035
2 温州大学机电工程学院,浙江省激光加工机器人重点实验室,浙江 温州 325035
由于超疏水表面在防腐、油水分离、流体减阻和液体转移方面的应用潜力,如何制作性能优异的超疏水表面成为研究热点。材料表面的形貌特征是决定其润湿性能的一个重要因素,因此,通常采用表面结构化来获得超疏水性能。在材料表面构织微纳结构方面,基于脉冲激光的微纳加工技术具有得天独厚的优势,尤其是在制作特定图案的复杂结构方面。本文根据激光器的脉冲宽度分类,通过刻蚀后材料表面形貌和润湿性特征对激光制作超疏水表面的基本理论和典型工艺方法进行介绍和总结,并对超疏水表面的发展前景作出展望。
超疏水表面 激光加工 接触角 滚动角 superhydrophobic surface laser processing contact angle sliding angle 
光电工程
2017, 44(12): 1160
作者单位
摘要
1 华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
2 华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求, 基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直, 得到近似高斯圆光斑; 在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上, 利用ZEMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组, 在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时, 实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计, 满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明, 该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。
光学设计 光束匀化 半导体激光器 optical design beam homogenization ZEMAX ZEMAX laser diode 
激光技术
2014, 38(4): 522
作者单位
摘要
华中科技大学 光电子科学与工程学院 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
激光在KDP晶体中制作3维微结构是抑制高功率激光驱动器中横向受激喇曼散射效应的一种有效方法。为了了解激光制作微结构的可行性以及激光参量对制作精度、效率和成品率的影响, 对聚焦激光在KDP晶体中的传输特性进行了数学模拟研究。激光焦点峰值功率密度、光斑畸变和位置偏移是影响制作精度和造成晶体碎裂的主要因素; e光焦点形貌会随着晶体光轴与入射激光的夹角增大而发生畸变, 其峰值功率密度随着夹角的增大而迅速减小。结果表明, 当夹角小于15°,e光焦点可使加工效率提升1倍以上; 当夹角大于30°, 低能量加工其影响可忽略, 高能量加工则极易造成晶体碎裂, 应对e光进行屏蔽。
激光技术 传输特性 数值模拟 KDP晶体 laser technique transmission characteristics numerical simulation KDP crystal 
激光技术
2013, 37(1): 72
作者单位
摘要
华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
采用输出功率8 W的355 nm NdYVO4纳秒激光器和3 W的1030 nm飞秒激光器对0.4 mm的单晶硅的刻蚀进行了对比研究,研究了激光的单脉冲能量密度,脉冲宽度,脉冲耦合率等参数对加工质量和精度的影响。实验结果表明,飞秒激光加工的热效应要小于紫外纳秒激光,同时飞秒脉冲产生了纳米条纹,但随着加工次数的增加,纳米条纹也直接导致了不规则裂纹的产生。这说明飞秒激光的加工优越性也是有条件的,当需要对材料进行大量去除之类的加工时,成本相对较低的紫外纳秒激光可能更为适合。
激光技术 激光微加工 355 nm纳秒激光 1030 nm飞秒激光 单晶硅 纳米条纹 
中国激光
2013, 40(1): 0103003

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