作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学光电子信息科学与技术系,黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
毛细管放电极紫外激光是一种小型化的纳秒极紫外激光光源。相比自由电子激光和同步辐射等短波长光源,该光源具有运行成本低、单脉冲能量高和机时充足等显著优势。随着毛细管放电极紫外激光光源的发展,其输出已提高至深度饱和区,并且实现了重复频率输出、多波长输出等多样化输出方式。小型化的灵活性和优质的输出参数使其逐渐成为进行极紫外激光应用研究的理想光源。本文介绍了自1994年毛细管放电极紫外激光成功输出至今,该光源在微纳结构加工、物质成分检测、生物科学以及高分辨成像等领域的前沿应用。在微纳加工方面,极短的波长和极小的能量衰减深度使得该光源能够在纳米量程内进行材料的刻蚀。同时,较长的激光脉宽增加了极紫外激光诱导自组织微纳结构的可能性。在物质成分检测方面,极紫外激光的高能量光子能够以单光子电离材料表面,结合飞行时间质谱仪测量纳米尺度范围内的材料成分,便可实现超高分辨的物质组成分布检测。在生物科学领域,极紫外激光能够实现对微观生物样本的三维成分扫描,获得更多的表征信息。在高分辨成像方面,基于极紫外激光的短波长和良好的相干性,以Gabor同轴等方法进行高分辨成像能达到接近照明光水平的成像分辨率。已有的应用成果表明,毛细管放电极紫外激光是探索微观世界、制造微观结构的有力工具。在人类对短波长光源需求日益增长的今天,毛细管放电极紫外激光将有更多的机会展现它的应用价值和优势。
激光技术 极紫外激光 毛细管放电 激光微纳加工 高分辨成像 质谱检测 
中国激光
2024, 51(7): 0701009
作者单位
摘要
陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京 100072
飞秒激光加工是近年来微纳加工领域中一种重要的加工方法。飞秒激光不仅能够对材料进行表面改性、烧蚀,更具有在特定区域加工高精度三维结构的独特优势,飞秒激光加工在微纳加工领域有着广阔的应用前景。本文主要阐述了飞秒激光与金属相互作用的一般过程,介绍了飞秒激光直写加工、飞秒激光诱导产生表面周期性结构、飞秒激光复合化学方法等表面微纳结构的制备方法。然后,分别从环境工程、航空航天以及生物医学领域阐述了飞秒激光在金属表面制备微纳结构的应用。最后,对当前飞秒激光制备微纳结构的不足和未来研究方向进行总结和展望。
飞秒激光 三维结构 微纳加工 表面微纳结构 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700005
作者单位
摘要
1 南通科技职业学院机电与交通工程学院,江苏 南通 226000
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
3 阜阳师范大学计算机与信息工程学院,安徽 阜阳 236037
4 南通职业大学机械工程学院,江苏 南通 226000
受仙人掌锥形刺和长嘴鸟喙单向运输液滴现象的启发,利用纳秒激光烧蚀技术,在钛片表面上制备了一种简便有效的液滴和水下气泡操控平台——超亲水不对称双轨(SHADR)。利用静态各向异性结构产生的拉普拉斯压力梯度,SHADR不仅可以实现液滴的自发单向运输,还可以实现水下气泡的单向运输。定量研究了单轨道宽度、分支角等结构参数对液滴和水下气泡运输性能的影响,并对简化的力学模型进行了分析。这种功能表面不仅操作简便,而且适用性广,可以应用于微流体和界面科学等领域。
激光技术 纳秒激光 微纳加工 不对称结构 液滴/气泡操控 单向运输 
中国激光
2023, 50(20): 2002403
刘宁 1,2,3周谷禹 4杨夕 1,2,3徐纪鹏 1,2,3[ ... ]朱志宏 1,2,3
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
4 中国卫星海上测控部,江苏 江阴 214400
高性能的片上纳米激光器对通信、传感以及量子等领域的发展有着至关重要的意义。纳米激光器中高的光学限制因子可以保证更大的模式增益,实现更低的激光器阈值。首先阐明了借助物理气相沉积和原子层沉积制备Si3N4/WS2/Al2O3三明治型纳米激光器阵列的工艺流程;构建了该纳米激光器的仿真模型,在仿真模型中对实际结构进行了简化并分析了Al2O3覆盖层厚度T、Si3N4微盘直径D和厚度H对光学限制因子的影响。光学限制因子随着Al2O3覆盖层T以及Si3N4微盘直径D的增加有先增加后减小的趋势,Si3N4微盘厚度H的减小也可以显著增加激光器的光学限制因子;最后展示了器件的荧光以及扫描电子显微镜的表征结果。该工作为集成光学芯片中可规模制备的高性能纳米激光器打下了良好基础。
纳米光子学 纳米激光器 结构仿真 微纳加工 二维材料 物理气相沉积 nanophotonics nanolaser structural simulation micro-nano processing two-dimensional material physical vapor deposition 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230196
夏龙 1,2王新悦 1,2吴胜保 1,2,*崔省伟 1,2[ ... ]姚晓天 1,2
作者单位
摘要
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心,河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心,河北 保定 071002
飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点,在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而,实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数,过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪(OCDR)在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术,以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响,并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明:通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件,且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型;此外,通过分布式测量激光直写反射曲线,可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。
激光技术 飞秒激光 光波导 微纳加工 分布式光纤传感 反射特性 
中国激光
2023, 50(16): 1602402
作者单位
摘要
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
2 中国科学技术大学工程科学学院,安徽 合肥 230026
Overview: Surface-Enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a highly sensitive and high-resolution molecular recognition technique with important applications in many fields. As an emerging low-cost, high-resolution, and highflexibility micro-nano processing method, femtosecond laser direct writing has been widely used in the field of preparing SERS substrates. Compared with traditional processing methods for preparing SERS substrates, femtosecond laser direct writing processing has certain advantages in terms of flexibility, three-dimensional molding, processing material range, processing accuracy, and other aspects. In this review, we classify the processing methods of femtosecond laser preparation of SERS substrates into four categories, including femtosecond laser two-photon metal reduction, femtosecond laser cutting metal, femtosecond laser cutting-sputtering, and femtosecond laser 3D printing. Femtosecond laser two-photon metal reduction uses the two-photon reduction effect to reduce metal cations in metal solutions to metals, such as silver ions in silver nitrate solutions to silver nanoparticles. This method is suitable for the one-step preparation of SERS substrates in closed microchannels. Femtosecond laser cutting metal directly prepares the SERS substrate structure on a metal substrate. This method takes advantage of the high peak power of the femtosecond laser to ablate the surface of the metal sample to obtain a patterned surface structure. At the same time, femtosecond laser ablation produces particle fragments, which are usually redeposited on the patterned surface, resulting in SERS "hot spots". Femtosecond laser direct cutting of metal can prepare SERS substrates in one step, which has the advantages of high processing efficiency and simple processing and is more conducive to the application of large-scale production of practical SERS detection. Femtosecond laser cutting-sputtering is to process any structure on non-metallic substrates such as polymers and then sputtering/evaporating metal nanoparticles on the surface of the structure. This method can prepare transparent and flexible SERS substrates, which are rich in application scenarios. Femtosecond laser 3D printing is to use the three-dimensional processing ability of femtosecond lasers to obtain rich "hot spots" by designing the structure of SERS substrates, and then using template-guided self-assembly technology with different driving forces to deposit/evaporate metal nanoparticles at designated locations. In this paper, we first introduce the current methods for preparing SERS and then conduct a comprehensive review of the processing methods of four femtosecond lasers to prepare SERS substrates. Finally, the advantages and disadvantages of the four femtosecond laser preparation methods for SERS substrate are briefly summarized, and the development prospects of this technology are prospected, aiming to provide it for future related research.
表面增强拉曼光谱 飞秒激光直写 微纳加工 SERS基底 SERS femtosecond laser direct writing micro/nano processing SERS substrate 
光电工程
2023, 50(3): 220322
作者单位
摘要
1 厦门大学管理学院,福建 厦门 361005
2 中国石油大学(华东)控制科学与工程学院,山东 青岛 266000
3 北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081
4 厦门大学航空航天学院,福建 厦门 361005
飞秒激光以其超快超强特性可以实现三维复杂结构的微纳级别精密制造。超快光场与材料相互作用过程中存在大量新现象、新效应和新机制,亟待揭示。本文简要介绍飞秒激光与材料相互作用的基本过程以及飞秒激光泵浦探测技术的发展历程。首先重点阐述了高斯型飞秒激光与材料相互作用超快动力学的研究进展,根据不同的时间尺度分别对相互作用过程中的光子与电子相互作用、电子与晶格相互作用过程、相变,以及等离子体/冲击波喷发等过程的观测与机制分析进行总结;随后针对基于电子动态调控新方法的飞秒激光加工超快动力学进行综述,分析对比了其与传统飞秒激光和材料相互作用超快动力学的差异;最后针对该领域的发展方向进行了展望。
激光技术 飞秒激光 微纳加工 超快动力学 泵浦探测 激光与材料相互作用 
中国激光
2022, 49(22): 2200001
陈亮 1苏亚辉 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 安徽大学电气工程与自动化学院,安徽 合肥 230601
2 安徽大学电子信息工程学院,安徽 合肥 230601
3 安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室,安徽 合肥 230039
雾水收集是将气态雾转化为液态水的过程,具有重要的研究价值。控制雾滴的凝结效率是雾水收集的关键因素,主要与基底表面的边界层厚度和有效更新有关。受沙漠甲虫背部结构的启发,基于飞秒激光微纳加工和表面化学修饰在铝箔表面制备了一种具有驼峰结构的双面神膜,可极大提高雾滴的凝结效率。实验结果表明,相比平面双面神膜,驼峰双面神膜的雾水收集效率提高了80%,且能捕获水平方向的雾流,更适应恶劣的自然环境。
激光光学 雾水收集 液滴凝结 飞秒激光 微纳加工 化学修饰 
激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0314003
王栎皓 1,2,3付登源 1,2,3赵俊元 1,2,3赵松庆 4,5[ ... ]杨晋玲 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所半导体集成技术工程研究中心,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
3 传感器技术国家重点实验室,上海 200050
4 中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471009
5 航空制导武器航空重点实验室,河南 洛阳 471009
针对半实物仿真系统的需求,基于系统级封装技术提出了一款由垂直腔面发射激光器(VCSEL)激光器阵列、激光器驱动芯片、电源芯片等组成的微系统,并介绍了基于微机电系统微纳加工技术的VCSEL激光器阵列的制造工艺流程。该激光器的封装方法具有集成度高、可靠性高等特点,相比于其他驱动及封装方法大大提高了驱动效率和空间利用率,因此在光学成像、通信、互联等领域具有广泛应用前景,为实现半实物仿真中激光成像发生器奠定了基础。
激光光学 激光器阵列 垂直腔面发射激光器 系统级封装 微系统 微机电系统 微纳加工 
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114011
杨策 1,2程虎虎 1,2,**曲良体 1,2,*
作者单位
摘要
1 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京 100084
2 清华大学化学系有机光电与分子工程教育部重点实验室, 北京 100084
随着科学技术的不断发展,新型能量转化和存储器件的研究受到了科学工作者的广泛关注,有望减小人类社会对化石燃料的依赖,构建全球能源新格局。激光具有能量密度高、空间分辨率高、可定制性强等特点,在先进功能材料的开发和新型能源器件的微纳结构构建方面具有独特的作用。概述了激光在新型能源器件和相关先进材料领域的研究进展,其中新型能源器件主要包括超级电容器、可充电电池、太阳能电池、水汽自发发电器件等;先进材料领域的研究进展涉及器件电极的激光微纳加工、材料的激光改性和功能化、器件结构的激光微结构构建、柔性能源器件制备等。最后,对激光在新型能源器件领域的相关研究进行了总结和展望。
激光技术 能源器件 微纳加工 能量转化和存储 先进材料 
中国激光
2021, 48(15): 1502004

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