飞秒光镊技术的研究进展

因在光镊及超短激光脉冲方面开创性的工作,A. Ashkin、G. Mourou和D. Strickland分享了2018年度诺贝尔物理学奖。本文概述了将超短激光脉冲和光镊相结合的飞秒光镊技术的研究进展。简要介绍了飞秒光镊技术的基本原理,重点介绍了飞秒光镊技术中的非线性光学效应和光学捕获动力学行为,最后讨论了飞秒光镊技术中的调控手段,展望了飞秒光镊技术的发展前景。     

飞秒脉冲通过体全息光栅弱耦合衍射特性分析

由Kogelnik单色衍射效率公式推导出了飞秒激光脉冲光在弱耦合情况下的衍射效率频谱,分析了飞秒激光脉冲通过体全息光栅弱耦合衍射特性。衍射光的频谱分布与读出飞秒脉冲的宽度Δτ、体全息光栅的周期Λ,厚度d以及晶体折射率调制度Δn0有密切关系。通过控制光栅的写入和读出过程,选择适当的参量数值,可以得到不同衍射强度和不同频率成分的衍射光。对于研究飞秒脉冲光通过光折变光栅传播特性以及飞秒超短脉冲用于光学信息处理有应用意义。     

测量飞秒光参量产生器输出光脉冲脉宽的自相关仪的设计

设计出一台只用一块非线性晶体就能够测量宽波长范围的飞秒激光脉冲脉宽的单次脉冲自相关仪,适用于测量由光参量产生获得的可调谐飞秒激光脉冲的脉宽.     

关于激光产生自由振荡机制的研究

激光的产生是光的放大机制,它与光波的稳定性以及传播的光放大过程的传速有关,光传播过程的光放大分成∧类飞秒超短脉冲．光传播速度的调解过程中因不稳定的因素带来光传播的损失．本文重点闸述利用激光产生过程中吸收介质的饱和状态以及受迫振动状态的激发机制产生的周期性状态的无辐射振幅脉冲和连续的光泵浦无存在的结果共同来解释飞秒脉冲激光产生的自由振荡机制．     

纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术

论述了一种新型的细胞转导方法——纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术.按照光穿孔可能的物理机制,分4类讨论了现在主流的光穿孔技术:连续激光光穿孔,其中最前沿的技术是紫外二极管激光光穿孔;纳秒、皮秒激光脉冲和经放大的千赫兹飞秒激光脉冲光穿孔,其中应用范围最广的是Nd:YAG激光器;飞秒激光振荡器发出的兆赫兹脉冲序列光穿孔,该技术在多尺度、跨学科及在体研究中扮演重要角色;最新出现的利用双脉冲微射流进行光穿孔,这是光穿孔技术中仅有的一种将外源物主动引入细胞内的方法.可以预见:当激光紧聚焦技术结合了双光子荧光显微镜、微芯片实验室、膜片钳技术等各种单细胞分析技术后,必将在细胞间通信、干细胞谱系提交、癌症转移、激光基因疗法、胚胎发育学以及神经功能再生等学科领域中产生重大影响.     

kHz 脉冲分子束的产生及其在强场原子分子物理实验中的应用

采用悬臂压电脉冲阀, 制备出最高重复频率达到3 kHz 的脉冲分子束。通过测量氮气分子束在飞秒激光作用下隧道电离生成的N2 +(B-X)荧光光谱, 对脉冲阀的性能做了表征。这种kHz 脉冲分子束搭配kHz 飞秒激光器, 将推动飞秒强激光驱动的原子分子动力学实验研究。     

强双光子吸收有机分子材料的光限幅效应

我们以强双光子吸收BDPAS和BDBAS分子体系为介质,从严格数值求解Maxwell-Bloch方程出发,研究了飞秒脉冲激光在介质中的传播过程.研究结果表明这两种分子都具有较强的光限幅效应,且BDPAS分子的光限幅效应比BDBAS分子的更明显.分子介质的光限幅效应随着分子介质厚度的增加而增加.     

微粒在飞秒激光光场中的受力特性分析

在分析微粒处于连续高斯光束光场和飞秒脉冲激光光场中轴向光阱力特性的基础上,用数值方法计算了两种情况下微粒所受的轴向力,比较了微粒在两种光场中所受轴向力和热效应的异同,导出了飞秒激光光镊实现对微粒捕获的条件．     

飞秒激光诱导氧化锌晶体表面纳米条纹的相干连接

介绍了飞秒激光脉冲辐照氧化锌晶体表面诱导纳米条纹的相干连接,通过调整两次激光扫描区域的间距,两次独立形成的纳米条纹可以相干的连接起来,形成更长的纳米光栅.这样就解决了以前诱导光栅尺寸由激光聚集光斑大小限制的问题.Raman线扫描技术表征了相干连接的质量,并对相关的物理机制做了讨论.这种技术可以利用飞秒激光制作大尺寸的自组装纳米光栅.     

多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理。以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律。结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降。这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象。同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工。