飞秒脉冲激光的时空变换影响纳米光栅直写过程的研究进展
发布时间：2021-08-29 23:47
超短脉冲的时空特性已经展示了对材料改性的重要影响,在过去十几年迅速成为飞秒激光微加工领域的研究热点。为此,简要从飞秒脉冲时空耦合的基本概念出发,回顾了实验中观察到的时空耦合效应及基于时空耦合的时空聚焦技术,介绍了时空聚焦技术在加工领域的应用,重点讨论了时空耦合对透明材料内部的非互逆性直写及不对称纳米光栅结构的影响。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
引入角色散和空间啁啾。（a）棱镜；（b）光栅
图2 时间啁啾
在飞秒激光微加工领域，需要特别注意控制脉冲的相位，这可能受到色散介质或自相位调制的干扰，并导致脉冲强度的显著降低，通常被视为负面影响。然而，一种称为啁啾脉冲放大的方法清楚地表明，可以利用对光谱成分的操纵，通过在增益介质之前临时拉伸一个脉冲，减轻增益介质因瞬时高功率而受损的问题。然后将放大的脉冲以与其拉伸相同的方式再压缩回原始脉冲宽度，使激光从太瓦提升到拍瓦强度[51]。人们发现，通过调节时空耦合特性后的激光脉冲，可以实现在达到焦点附近的临界功率时克服非线性副作用，减小能量在传播过程中的损失。空间和时间共聚焦的技术最初是为了多光子显微镜成像而提出[29,30]。该技术的原理是在聚焦激光脉冲之前，入射激光的频谱分量在空间中分离，形成准直的空间啁啾光束（图4），并增加了脉宽。在聚焦时，随着空间分量开始重叠，整个带宽被逐渐恢复，压缩回初始脉宽，因此脉冲可实现的最大强度仅在焦点处得到满足，将所有激光与材料的非线性相互作用限制在焦点体积上。近年来，SSTF技术不仅在材料修饰[31,52]，还在显微术、组织消融[53-54]和大气传播[55]等方面显示出在达到聚焦附近临界功率时克服非线性副作用的影响。此外时空共聚焦后的脉冲在焦点有很强的PFT，可达到104 fs/mm[33]，其在传统的飞秒激光系统中是十分罕见的。3 飞秒激光时空聚焦技术在微加工中应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of spatio-temporal coupling on ultrafast laser direct writing in glass[J]. 李沁,李文博,储蔚,曹宇祥,张文成,马洪良,金钻明,戴晔. Chinese Optics Letters. 2019(08)
[2]基于整形飞秒激光脉冲的三维微纳制备[J]. 乔玲玲,储蔚,王哲,程亚. 光学学报. 2019(01)
[3]Thermal process of silica glass microchannels fabricated by femtosecond laser ablation[J]. 孙小燕,崔东妹,胡友旺,褚东凯,陈国炜,余金龙,周舰航,段吉安. Chinese Optics Letters. 2018(10)
[4]飞秒激光直写实现氧化锗玻璃内部光调制[J]. 张芳腾,聂兆刚,邱建荣. 中国激光. 2018(12)
[5]基于空间光调制器的飞秒激光双模式快速加工[J]. 吴培超,张晨初,杨亮,李家文,胡衍雷,吴东. 中国激光. 2018(10)
[6]3D飞秒激光纳米打印[J]. 刘墨南,李木天,孙洪波. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[7]单光束飞秒激光诱导的电子态密度分布对双周期纳米光栅的影响[J]. 公民,戴晔,宋娟,马国宏. 光学学报. 2016(05)
[8]单光束飞秒激光诱导石英玻璃内部纳米光栅的研究进展[J]. 戴晔,邱建荣. 激光与光电子学进展. 2013(12)
本文编号：3371615
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(11)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
引入角色散和空间啁啾。（a）棱镜；（b）光栅
图2 时间啁啾
在飞秒激光微加工领域，需要特别注意控制脉冲的相位，这可能受到色散介质或自相位调制的干扰，并导致脉冲强度的显著降低，通常被视为负面影响。然而，一种称为啁啾脉冲放大的方法清楚地表明，可以利用对光谱成分的操纵，通过在增益介质之前临时拉伸一个脉冲，减轻增益介质因瞬时高功率而受损的问题。然后将放大的脉冲以与其拉伸相同的方式再压缩回原始脉冲宽度，使激光从太瓦提升到拍瓦强度[51]。人们发现，通过调节时空耦合特性后的激光脉冲，可以实现在达到焦点附近的临界功率时克服非线性副作用，减小能量在传播过程中的损失。空间和时间共聚焦的技术最初是为了多光子显微镜成像而提出[29,30]。该技术的原理是在聚焦激光脉冲之前，入射激光的频谱分量在空间中分离，形成准直的空间啁啾光束（图4），并增加了脉宽。在聚焦时，随着空间分量开始重叠，整个带宽被逐渐恢复，压缩回初始脉宽，因此脉冲可实现的最大强度仅在焦点处得到满足，将所有激光与材料的非线性相互作用限制在焦点体积上。近年来，SSTF技术不仅在材料修饰[31,52]，还在显微术、组织消融[53-54]和大气传播[55]等方面显示出在达到聚焦附近临界功率时克服非线性副作用的影响。此外时空共聚焦后的脉冲在焦点有很强的PFT，可达到104 fs/mm[33]，其在传统的飞秒激光系统中是十分罕见的。3 飞秒激光时空聚焦技术在微加工中应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of spatio-temporal coupling on ultrafast laser direct writing in glass[J]. 李沁,李文博,储蔚,曹宇祥,张文成,马洪良,金钻明,戴晔. Chinese Optics Letters. 2019(08)
[2]基于整形飞秒激光脉冲的三维微纳制备[J]. 乔玲玲,储蔚,王哲,程亚. 光学学报. 2019(01)
[3]Thermal process of silica glass microchannels fabricated by femtosecond laser ablation[J]. 孙小燕,崔东妹,胡友旺,褚东凯,陈国炜,余金龙,周舰航,段吉安. Chinese Optics Letters. 2018(10)
[4]飞秒激光直写实现氧化锗玻璃内部光调制[J]. 张芳腾,聂兆刚,邱建荣. 中国激光. 2018(12)
[5]基于空间光调制器的飞秒激光双模式快速加工[J]. 吴培超,张晨初,杨亮,李家文,胡衍雷,吴东. 中国激光. 2018(10)
[6]3D飞秒激光纳米打印[J]. 刘墨南,李木天,孙洪波. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[7]单光束飞秒激光诱导的电子态密度分布对双周期纳米光栅的影响[J]. 公民,戴晔,宋娟,马国宏. 光学学报. 2016(05)
[8]单光束飞秒激光诱导石英玻璃内部纳米光栅的研究进展[J]. 戴晔,邱建荣. 激光与光电子学进展. 2013(12)
本文编号：3371615
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