浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
铌酸锂晶体（LN）凭借优异的光学特性，已经成为构建新一代集成光电器件和光学系统的关键性基础材料。基于强场-物质相互作用的超快激光选择性材料修饰技术使得在三维空间中按需创建LN基功能化微结构成为可能，为探索LN光子学、发展LN先进加工技术、构建集成光子器件和光学系统提供了有力的工具。本文聚焦近年来国内外研究团队所取得的重要进展，从超快激光修饰LN基本原理出发，重点介绍了超快激光在LN内部诱导微纳光子结构的新现象、新机制和新应用，包括超快激光直写光波导、制备非线性光子晶体、操控铁电畴、多维光存储等前沿领域的最新成果。最后，对超快激光赋能LN光子学进行了展望。
超快激光 激光诱导 铌酸锂 光子结构 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116001
上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240
激光驱动微滴前向转移工艺在三维金属微结构打印方面具有重要的应用前景。脉冲宽度是影响微滴转移行为的一个重要因素，但是目前的研究对于不同脉宽下微滴产生以及沉积行为认识不够充分。本文以500 nm铜膜为对象，开展了5种不同脉宽下激光驱动微滴前向转移实验。研究结果表明，随着脉冲宽度的增大，获得完整微滴的激光驱动微滴前向转移工艺最低以及最高能流密度阈值逐渐增高，同时脉宽对沉积微滴形貌有显著影响。根据实验确定了不同脉宽下的激光驱动微滴前向转移工艺区间，并统计了不同脉宽下微滴沉积的材料转移比率。最后利用振镜线扫描方式实现大面积微滴阵列的制备。
激光器与激光光学 微滴增材制造 脉冲宽度 激光诱导 金属微滴 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1914001
中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江 杭州 310018
采用激光诱导方法在油膜?水的液?液界面附近生成单个空泡，利用两台高速相机双视角同步记录空泡溃灭过程和油膜上下界面的演化过程，探究无量纲距离γ、油膜厚度D对空泡溃灭特性和油膜形态演化的影响。结果表明，油膜?水界面附近生成的空泡在溃灭过程中会不断远离界面，并且产生背向界面的高速射流，空泡质心位移和回弹半径与各向异性参数ζ呈对数函数关系。在空泡溃灭影响下，油膜下界面受到扰动发生不同程度的形态演化，而油膜上界面则在空泡溃灭结束后产生变形。油膜上界面存在驼峰射流、细射流、阶梯射流三种典型模式，油膜下界面则存在微扰动、倒丘型变形、锥状变形三种典型模式。在驼峰射流模式中，射流无量纲最大高度hm和γ呈幂函数关系。
激光技术 激光诱导 油膜‑水界面 空泡溃灭 界面演化 中国激光
2023, 50(13): 1301005
1 江南大学 理学院， 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122
为研究金属Al保护、单周期及双周期增强反射膜在5ns脉宽的532nm激光器下的激光损伤阈值（LIDT），采用Comsol软件进行仿真及分析，仿真过程引入SiO2和Ta2O5的拉伸强度（膜层断裂应力）作为阈值条件，得到三种膜系的损伤阈值分别为0.318J/cm2、1.325J/cm2和3.382J/cm2，通过搭建实验平台进行激光阈值测试，采用1-on-1模式，选取50%概率的激光损伤点作为损伤阈值，测得激光功率分别为0.288J/cm2、1.232J/cm2及3.152J/cm2，与仿真结果较为接近，说明采用拉伸强度分析的该类模型更符合实际损伤，为此类膜系在实际应用中阈值的预测提供了理论基础。
反射膜 激光损伤 拉伸强度 reflective films laser induction damage tensile strength
光子学报
2022, 51(10): 1014007
山东省激光偏光技术重点实验室, 曲阜师范大学, 山东 曲阜 273165
研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针, 并对探针的SERS性能进行检测。 探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。 结果表明, 将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导, 在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。 金纳米棒溶液的浓度、 激光功率、 诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。 实验利用功率为5 mW的激光进行诱导, 在1.5×10-9, 1.0×10-9和7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液中, 经5 min沉积, 制备出不同图案的光纤SERS探针。 采用晶种法合成金纳米棒, 用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌, 并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。 用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌, 7.5×10-10 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 金纳米棒在光纤端面分布较为分散, 而1.5×10-9和1.0×10-9 mol·L-1的金纳米棒溶液进行激光诱导, 光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。 以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子, 通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测; 为了方便比较, 选取了拉曼频移1 079.972 cm-1处的拉曼强度作图, 结果表明, 金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时, 经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。 采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布, 进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10-10 mol·L-1时制备的光纤探针性能较好的原因。 为了检验光纤探针的重复性, 将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时, 使4-ATP充分溶解在酒精中, 15天后, 再次检测光纤探针的SERS检测性能, 得到与之前检测同样的光谱图, 证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。 激光诱导制备光纤探针具有操作简单、 成本低廉、 探针制备时间短等优点, 能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、 批量制备。
金纳米棒 激光诱导 光纤探针 Gold nanorods Laser induction FDTD Fiber probe FDTD 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3454
北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室，北京 102617
提出了激光辅助水中脉冲放电生成等离子体的方法，结合经典的Drude模型，建立激光注入水中脉冲放电系统生成等离子体的二维流体数学模型，给出相应的数学方程，利用COMSOL Multiphysics软件模拟带电粒子与垂直注入等离子体通道的激光的相互作用过程，探讨了一定能量的激光作用于水介质脉冲放电系统时局部电子密度所受的影响。由初步的仿真结果可知，在电场放电通道中，加入能量为50 mJ、光斑直径为0.1 mm的激光到等离子体通道内，其电子密度峰值从1.65×1021 m-3突增到8.29×1021 m-3。该过程对于提高等离子体的电离率起到了显著作用，说明激光辅助水中脉冲放电生成等离子体的技术方案是可行的。
等离子体 激光诱导 数值模拟 激光与物质相互作用 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0735001
安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
针对现有的食用油检测技术无法快速、准确地识别市售食用油的问题,提出了一种快速辨识食用油的方法。采用激光诱导荧光技术(LIF)获取油样的荧光光谱数据,然后采用主成分分析法提取光谱数据的特征信息,之后采用飞蛾-扑火优化器和核极限学习机相结合的算法建立多元分类学习模型,最后用该模型识别油样的类别。实验油样选取5种样本,每种样本采集150组荧光光谱,然后随机抽取600个样本用于学习模型的训练,剩余的150个用于测试训练好的模型。结果表明:在测试集上的平均分类准确率方面,该模型与极限学习机、反向传播神经网络相差不大,但该模型分类准确率的标准差远小于其他两种模型。这说明所建模型具有较稳定的分类性能,可以满足快速鉴别食用油的要求。
光谱学 激光诱导荧光技术 主成分分析法 飞蛾-扑火优化算法 核极限学习机 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 203001
深圳技术大学中德智能制造学院, 广东 深圳 518118
为探索纳秒激光直接诱导不锈钢金属表面着色的工艺参数,利用纳秒激光诱导不锈钢表面着色,获得了深蓝色、黑色、灰色、粉红、绿色、紫色、金色、黄色、棕红色等多种颜色,其中棕红色在激光诱导不锈钢金属表面着色的其他研究中还未曾报道。通过测量同一激光诱导着色工艺参数下Lab色度空间中三要素的数值,可得样本的色差ΔE均小于7,色块表面颜色稳定、均匀、无损伤,获得的激光诱导工艺参数具有可重复性。该研究在汽车、电子等行业,具有较大的应用价值。
激光技术 纳秒激光 激光诱导 304不锈钢 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 191401
1 南昌航空大学材料与科学工程学院, 江西 南昌 330063
2 中国海军工程大学理学院, 湖北 武汉 430074
热障涂层能够增加高温合金的工作温度和使用寿命，被广泛用于航空发动机高温端部件的表面防护领域。对国内外热障涂层材料及其制备技术进行了综述，指出其存在的主要问题，并提出激光-感应复合熔覆梯度功能热障涂层的新方法，即在感应预热基材的同时实现与激光热源的复合，形成激光-感应复合熔覆热源，结合涂层的梯度结构设计，在高效率下获得无裂纹、高性能的热障涂层。
激光技术 热障涂层 激光-感应复合熔覆 高温合金 激光与光电子学进展
2014, 51(3): 030004
