超短脉冲激光及其应用详解.pptVIP

LASIK治疗近视眼 角膜瓣复位 LASIK治疗近视眼 LASIK治疗近视眼 角膜瓣复位 LASIK治疗近视眼 治疗后的角膜形状 飞秒激光成像 时间间隔15ps，时间分辨300fs. 快门速度440ps 检测化学反应: 通过化学反应过程中原子或分子的光谱特性变化诊断其过程。 High-harmonic interferometry can be used to measure the amplitude and phase of light emitted from molecules. This method has now been used to reveal the ultrafast dynamics of electrons and nuclear interactions during a chemical reaction. 超宽带特性可用于高比特率的光通信 。 需解决一系列的关键技术问题：(1)目前没有形成一套完整的理论来解释：在超快、超短、超强的极端条件下，激光与物质相互作用的物理本质；(2)加大力度投资生产飞秒激光器、微加工系统，将其体积进一步小型化；改善其微加工的工作环境，延长其寿命等； (3)针对飞秒激光微加工的特性以及被加工材料的属性，开发模型设计的软件，对加工过程进行模拟和仿真，实现最佳参数加工；(4)飞秒激光微纳加工应用现阶段都只局限于实验室阶段，尽快探索其产业化途径，解决一些在能源、材料、环境、航天以及国防方面国家急需解决的问题；(5)降低加工成本，实现高效率生产，以满足市场需求。 超短脉冲激光及其应用 报告大纲 1）超短脉冲激光及其特点； 2）超短脉冲激光产生及其放大技术简介； 3）超短脉冲激光应用； 4）今后的发展趋势。 一、超短脉冲激光及其特点 什么叫超短脉冲激光？ 一般指时间宽度小于10-12秒的激光脉冲。 10-12秒~皮秒；10-15秒~飞秒；10-18秒~阿秒 时间 一般超短激光脉冲：~5飞秒~几百飞秒。 超短脉冲激光有什么特点呢？ 时间宽度非常短。 可以用于处理持续时间非常的物理化学过程： 瞬态成像； 超快光开光； 高速光通信…… 光谱含量非常丰富。 可以用于激光光谱检测： 脉冲整形； 通信中的光谱编码； …… 光脉冲的峰值功率非常高。 脉冲功率=脉冲能量/脉冲时间宽度 时间 1kHz、40fs、0.7?1012W的激光系统 激光加工； 激光医学手术； 强场激光与物质相互作用； 激光核聚变； …… 1.0?1015W 聚焦功率密度:1020~1022W／cm2 1）要让被放大的激光包含足够的光谱宽度； 2）要让这些光谱分量的激光同相位。 二、超短脉冲激光及其放大技术 超短脉冲激光产生必须有足够的光谱作为支撑。 1）锁模； 2）色散补偿。 ? 时间 锁模脉冲序列 棱镜 高反镜 Ti:S 凹面反射镜 透镜 532 nm 泵浦光 棱镜 泵镜 输出镜 飞秒激光振荡器结构图 啁啾脉冲放大技术 三、超短脉冲激光应用 超短、超强是飞秒激光的特点。飞秒激光脉宽可短至4飞秒以内，峰值功率高达拍瓦量级(1.0PW=1015W)聚焦功率密度达到1020~1022W／cm2。飞秒激光可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域，实现对玻璃、陶瓷、半导体、塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加工，具有其它激光加工无法比拟的优势： 飞秒激光加工 ①耗能低，无热熔区，“冷”加工； ②可加工的材料：从金属到非金属再到生物细胞组织； ③不会出现加工面的熔融、裂缝现象。高精度、高质量、高分辨率，加工区域可小于焦斑尺寸，突破衍射极限； ④非接触，无飞溅无熔渣、无污染、不需特殊的气体环境和无后续工艺。 飞秒激光加工微结构 在金属薄膜上，钛宝石飞秒激光加工制备出了微纳米级阵列孔，孔径最小达2.5μm，孔直径在2.5～10μm间可调，最小间距可达10μm，很容易实现10~50μm间距调整。 飞秒激光加工具有孔边缘清晰、表面干净等特点 金属掩模板加工 金属纳米颗粒加工 金属纳米颗粒加工：与其它激光脉冲相比，飞秒激光改变的金属颗粒尺寸大小和特定形状。 对微电子技术（集成电路）的发展将具有重要意义。 利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷，修复的线宽达到小于100 nm的精度。 长10?m高7?m立体公牛图 微小蜘蛛和恐龙模型 复杂的微结构加工 飞秒激光微加工技术在一些特殊领域具有广阔的应用： 钻孔、切割高热导性、高熔点金属 (如铼、钛等)和高硬度金刚石。 安全切割一些高爆危险物品如：LX-16、TNT、PETN、PBx等，避免了长脉冲激光线性吸收、能量转移和扩散等的影响，断面处没有炸药熔化和反应的痕迹。但在研究切割雷管时，没有热效应，能够安全切割。 利用飞秒激光观测分析物理化学