北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件, 利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点, 电子注和电磁波能够高效互作用, 可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO), 可以实现大功率输出, 在 W波段能达到百瓦量级, 太赫兹波段能达到瓦级; 采用周期永磁聚焦系统, 可以实现小体积轻质量; 慢波结构尺寸短, 结构简单; 成本低, 具有批量生产能力。本文提出可构建 3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构 (FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理, 采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极, 设计和研发了频率在 100 GHz以上的几种带边振荡器, 实现了 100 GHz频段 140 W的功率输出, 120 GHz频段实现了 30 W的功率输出, 在 300 GHz实现了 1W以上的功率输出。
周期结构 色散特性 太赫兹 带边振荡器 真空电子器件` periodic structure dispersion characteristics terahertz Band-edge Oscillators vacuum electron devices 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): .1065
1 南开大学电子信息与光学工程学院微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
2 山东大学晶体材料国家重点实验室,山东 济南 250100
Overview: With the development of modern manufacturing, the size of optical devices is gradually developing towards miniaturization, and integrated optics is also developing to become a topical area of research for many scholars. One of the methods used for producing micro/nano optical devices is femtosecond laser direct writing, a fine three-dimensional processing technique that has been extensively studied by many scholars for its applicability to most materials and can be applied to the fabrication of a wide range of optical devices. Micro/nano-optical devices prepared by femtosecond laser direct writing in crystals have been applied in a broad range of applications in different wavelengths. PMN-PT crystal with relaxed ferroelectric has attracted much attention in recent years for its superior piezoelectric property and large electromechanical coupling coefficient, and its application in the infrared band is more prominent, so the fabrication of the optical devices based on PMN-PT crystal has gradually become a relevant research hotspot. The LIPSS is one of the micro/nano-structures that can be processed by femtosecond laser direct writing. The LIPSS is prevalent in many materials and has been found in metals, semiconductors, dielectrics, etc. Similarly, LIPSS can be induced by femtosecond lasers in PMN-PT crystal. The LIPSS has a wide range of applications in the fields of anti-reflectivity, permanent coloration, and wettability. Nevertheless, the physical processes and the mechanisms involved in the formation of LIPSS have different interpretations in different materials. In this paper, we describe the LIPSS induced by femtosecond laser on the surface of the PMN-PT crystal and characterize it theoretically. We have achieved a change in the period of the LIPSS from 750 nm to 3000 nm after experimenting with different laser parameters. Afterward, we simultaneously obtained the phase transition of the LIPSS in PMN-PT crystal through temperature modulation, and this phase transition can be analyzed by the variation of the Raman spectra. At the same time, we have obtained the Curie temperature for the LIPSS structure that is approximately 10 ℃ lower than that of the PMN-PT crystal and have analyzed the phase transition process through the structural properties of the PMN-PT crystal. The results of our experiments and analyzes on the LIPSS in PMN-PT crystal reported in this paper can provide some experience for the subsequent development of the optical devices related to the LIPSS in PMN-PT crystal.
飞秒激光直写 表面周期结构 PMN-PT晶体 相变 femtosecond laser direct writing LIPSS PMN-PT crystal phase transition
1 清华大学材料学院,北京 100084
2 巴黎萨克雷大学奥赛高分子化学与材料研究所,法国巴黎 91405
通过高频(100~500 kHz)飞秒激光直写可在组成是Li2O-Nb2O5-SiO2的玻璃内部同时控制纳米非线性光学晶体和周期结构取向。该周期结构为发生纳米尺度相分离的晶态和非晶态交替结构,并可通过激光偏振方向来控制朝向。随着激光注入能量的增加出现了3个改性区间:低能量下改性非晶态,对氢氟酸(HF)的刻蚀速度高于玻璃基底;中能量下纳米晶体极轴趋向和激光偏振方向垂直,随着激光频率的提高,获得此区间的脉冲能量窗口急剧减小;高能量下微米晶粒,并且晶体的产生受写入模式影响(写入方向和激光偏振方向的夹角)。该研究发现有利于理解超快激光-物质相互作用和制备三维光器件。
激光技术 纳米周期结构 铌酸锂 超快激光 晶体 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516001
1 暨南大学光子技术研究院,广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
2 广东工业大学先进光子技术研究院,广东 广州 510006
激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色,备受研究人员的广泛关注,而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构,利用其在明场和暗场的观察下具有不同的颜色特性实现图像加密应用。通过控制飞秒激光的偏振、脉冲能量和扫描速度在氧化铟锡薄膜上形成与偏振和波长相关的亚波长周期光栅,通过控制激光加工线条行间距形成大周期光栅。本文研究了激光加工能量和加工线条之间的间距对其形成双周期结构在明场和暗场显色的影响,利用不同加工参数结构在明场和暗场下显示不同的颜色实现图像加密。激光直写加工可以快速制备大面积区域,有望在商品防伪、图案装饰、超表面设计等方面发挥潜在的应用价值。
结构色 激光诱导表面周期结构 信息防伪 激光加工 structural color laser induced periodic surface structure anti-counterfeiting laser processing
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院, 上海 201620
2 中国人民解放军32128部队, 山东 济南 250000
将带有分流电路的压电片周期性地粘贴到薄板表面形成二维压电分流阵列结构, 该结构不仅具有声子晶体的带隙特性, 还可以通过分流电路实现带隙调控。该文运用有限元法计算了二维压电分流阵列结构的带隙特性, 研究了含有谐振单元及负电容的混合电路中不同电路参数对带隙的影响。此外, 通过调节电感及负电容,可以将布喇格带隙和局域共振带隙进行耦合, 拓宽带隙,实现宽频振动控制。
周期结构 压电分流阵列 声子晶体 负电容 带隙调控 periodic structures piezoelectric shunting arrays phononic crystals negative capacitance band gap manipulation
沈阳航空航天大学,辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室,沈阳 110136
当前科技的发展对材料的多功能性提出了更高的要求。本文利用有限元法针对一种具有三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料(JTCLM)进行了带隙研究,并讨论了几何参数对JTCLM单胞带隙的影响。结果表明,当JTCLM单胞存在弯曲曲率时将会产生带隙,且材料的几何参数对JTCLM点阵复合材料的带隙具有显著的影响。结果为实现热膨胀/带隙双目标的超材料设计提供了理论基础。通过合理的选材和形状设计,有望实现特定膨胀性质和带隙设计的双目标共赢,使材料具有更好的可调谐性和多功能性。
点阵超材料 带隙特性 声子晶体 热膨胀 周期结构 lattice metamaterial band gap characteristic phononic crystal thermal expansion periodic structure
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 长治学院电子信息与物理系, 山西 长治 046011
飞秒激光在材料表面诱导产生亚波长周期结构不仅可以改变材料表面的物化性质,而且具有无掩模制作和一步成型等优点,在多个领域具有广阔的应用前景。然而,目前结构形成存在排列规整性差、形状单一、制备效率低等问题。为此,综述了单束飞秒激光在金属表面高效制备规整性一维亚波长周期结构的研究进展,提出了利用时间延迟多束飞秒激光对金属和半导体表面一维亚波长周期结构产生特征(包括规整性、空间周期、排列方向等)进行灵活调控的新方法,成功实现了形貌特征分别为圆包、三角形、菱形、椭圆状、条纹-纳米颗粒复合等多种二维亚波长周期结构的制备,发现了表面结构调控产生过程中出现的超快物理新现象,阐明了时间延迟飞秒激光束与材料作用过程之间的瞬态关联作用。
激光光学 飞秒激光 表面周期结构 时间延迟 金属 半导体 超快动力学 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111404