中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室，四川 绵阳 621900
短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点，在创新研究和应用方面显示出独特潜力，得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状，特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先，介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中，产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外，人们还格外关注激光中子源的方向性提升，提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次，介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征，人们对激光中子源的特性有了更全面的了解，这有力支撑了其应用。最后，回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景，同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。
激光光学 激光离子加速 激光中子源 超短脉冲激光
1 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
2 密尔医疗科技（深圳）有限公司，广东 深圳 518000
3 福建医科大学附属三明第一医院，福建 福州 365000
4 莱凯医疗器械（北京）有限公司，北京 101300
激光自诞生以来就在众多领域中有着广泛应用，激光碎石技术就是其中之一。相比目前激光碎石技术的“金标准”钬激光器，掺铥碎石光纤激光器在近些年不断发展，而且逐步被证明可实现更快的碎石速率与粉末化碎石、产生较小的碎石反推力、允许更高的液体灌溉速率等手术优点，同时整机系统支持免水冷工作、高电光效率运转、全光纤高效耦合以及大幅度体积缩减，因此受到了越来越多的关注。本文从连续性、准连续型和纳秒短脉冲型掺铥光纤激光器三个角度出发，详细总结了掺铥光纤激光器的部分重要研究进展及其在碎石领域的研究，介绍了掺铥光纤激光器用于碎石的优势与原理，并展望了未来研究的方向和挑战。
激光器 掺铥光纤激光器 掺铥连续光纤激光器 掺铥准连续光纤激光器 掺铥纳秒短脉冲激光器 掺铥激光碎石 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500007
中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
在电子产业、航空航天、医药、汽车、微机电器件等领域，精密微孔是器件、功能部件上的重要结构单元。当前超短脉冲激光精密微孔制备缺乏高稳定、体积小、低成本的旋切加工系统。针对一百到几百微米尺寸的精密微孔加工需求，设计了一种基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，并对系统的反射像和公差进行了分析。通过采用摄远结构设计和对称设计，大幅缩短了系统镜头总长，设计结果为加工孔径范围100~400 μm，最大加工深径比10∶1。搭建了基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，对制孔效果进行了实验验证，制孔结果显示，基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统能实现高精度的微孔制备。
超短脉冲激光 旋切制孔 微孔 镜头 摄远结构 公差分析 光学学报
2023, 43(14): 1422003
1 西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所 中国科学院超快诊断技术重点实验室, 陕西 西安 710119
基于单光子探测的距离选通成像系统中，需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制，使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分，以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光，同时减小系统体积、降低系统成本，本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法，进行了仿真验证、实物制作及测试，对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明，基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲，二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。
距离选通成像 双极性晶体管 阶跃恢复二极管(SRD) 短脉冲激光 range-gated imaging bipolar transistor step recovery diode short pulse laser
1 中南大学机电工程学院，湖南 长沙 410083
2 高性能复杂制造国家重点实验室，湖南 长沙 410083
超短脉冲激光凭借其脉宽窄、峰值功率高的特点，可以实现高精度材料生长、改性和去除等形式的加工，具有良好的材料适应性和工艺兼容性，在微电/光互连领域取得了开拓性应用进展，已成为近年来先进制造的新兴关键技术。本文简要介绍超短脉冲激光实现微光电子器件制造的基本机制，包括多光子还原、表面等离子体共振和双光子聚合等，重点阐述超短脉冲激光加工在微光/电互连领域的应用研究进展，并对超短脉冲激光加工在该领域的发展方向进行总结和展望。
激光技术 超短脉冲激光 多光子还原 表面等离子体共振 双光子聚合 光波导 中国激光
2022, 49(10): 1002502
1 Menlo Systems GmbH, 慕尼黑82152
2 慕尼黑应用技术大学应用科学与机电学院, 慕尼黑80335
3 索雷博光电科技（上海）有限公司, 上海200031
太赫兹时域光谱仪（Terahertz Time-Domain Spectrometer, THz--TDS）在光谱学、材料表征、安检、通信等众多领域具有广阔的应用前景。介绍了一种稳定的波长为1560 nm的光纤短脉冲激光器以及一种基于该激光器的THz--TDS系统。然后用该系统对几种陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）进行了无损检测。特别是在对热障涂层（Thermal Barrier Coating，TBC）的厚度进行检测时，实现了微米量级的精度。相比于传统方法，太赫兹波对CMC具有较强的穿透性并且应用灵活，因此提供了更好的解决方案。最后使用太赫兹异步光学采样系统（Terahertz Asynchronous Optical Sampling, THz--ASOPS）对低压水蒸气进行了高分辨率光谱分析。结果表明，光谱分辨率达到10 MHz，比传统的THz--TDS提高了100倍以上。
超短脉冲激光器 太赫兹时域光谱仪 太赫兹成像 太赫兹频率梳 ultrashort pulse laser THz time-domain spectrometer THz imaging THz comb
1 中国科学院物理研究所, 北京 100190
2 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所, 新疆 乌鲁木齐 830002
对太瓦 (TW) 飞秒激光在自然大气中传输时产生的超长等离子体通道的物理性质进行了研究。试验结果证实 2 TW 飞秒激光在大气中自由传输时实 现了 2 km 长的等离子体通道, 长距离传输后通道内的等离子体电子密度约为 1011 cm-3, 仍然保持良好的导电性。高压放电试验也证实了有等离子体通道存在, 可以将放电电压降低 30%, 说明激光诱导高压放电的有效性。本次试验研究表明长度为公里量级、长寿命大气等离子体通道的实现是可行的, 将为激光引雷、大气监测、人工干预气候等实用化应用扫清技术上的障碍。
激光技术 超短脉冲激光 等离子体通道 大气成丝 激光引雷 飞秒激光 laser technology ultrashort pulse laser plasma channel filamentation laser induced lightning femtosecond laser
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)具有密度低、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点,在航空航天领域具有广泛的应用潜力。但是CMC-SiC属于具有超高硬度且各向异性的难加工材料,常规加工技术难以胜任这种新型材料的优质高效加工。激光加工凭借加工质量高、非接触加工、输入热量低、适用范围广、易于和数控技术结合实现自动化等优势,有望成为CMC-SiC材质构件精密制造的主流技术。本文从CMC-SiC与激光的相互作用机理出发,分析了激光加工CMC-SiC中出现的典型热致缺陷,阐述了超短脉冲激光在CMC-SiC精密加工中展现的优势。在此基础上,指出了CMC-SiC激光加工技术的发展趋势,旨在为新型航空航天CMC-SiC材质构件的精密制造提供理论依据与技术参考。
激光光学 激光加工 碳化硅陶瓷基复合材料 作用机理 热致缺陷 超短脉冲激光
1 浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
2 宁波大学高等技术研究院, 浙江 宁波 315211
近年来,随着研究人员在微纳集成领域(如微流体、微机械、微电子等领域)研究的逐渐深入,不同材料间的连接成为该领域发展的一个瓶颈。超短脉冲激光焊接技术因其热效应精密可控、精度高等优势,逐渐成为了非金属材料焊接领域的研究热点。以玻璃、陶瓷、半导体单晶材料、有机聚合物为例,介绍了超短脉冲激光在非金属材料焊接领域的应用及具体案例,并展望了该技术的未来发展趋势。
激光光学 超短脉冲激光 焊接 陶瓷 玻璃 聚合物 单晶 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111422
当高强度短/超短脉冲激光聚焦于靶材表面或介质内部时,若其峰值功率密度超过某一阈值,靶材表面或介质内部会形成等离子体,等离子体与工件相互作用进行材料去除,这一过程称为激光诱导等离子体微加工(LIPMM)。这一加工技术可以高效吸收激光能量,具有损伤小、效率高、应用广等特点,已被广泛应用于微加工领域。为此介绍了LIPMM的微加工原理,进一步阐述了以固体为靶材和以液体为介质的LIPMM的研究进展,对LIPMM未来所面对的问题和发展方向进行了总结和展望。
激光光学 微加工 短/超短脉冲激光 激光诱导等离子体微加工 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111405
