激光先进制造专题·编者按

由于激光突出的单色性、高亮度、高方向性和相干性等特点,经过多年的研宄发展,激光先进制造技术经历了以激光打标、激光表面处理、激光切割、激光打孔和激光焊接等为代表的激光宏观制造技术,以激光精密切割、激光精密钻孔和激光烧蚀等为代表的激光微细加工技术,和以激光制备纳米颗粒、激光诱导表面微纳米结构、干涉光刻和近场纳米制造为代表的激光微纳加工技术等多个发展阶段,覆盖了从毫米到纳米的不同加工尺度,在现代先进制造业中发挥着越来越重要和广泛的作用.     

激光诱导空化技术研究及应用

空化是一种常见的流体现象,人们试图通过各种方式来缓解甚至避免空化空蚀带来的危害。同时,人们也在研究如何将空化瞬间聚集的高能量转化为有利于工业生产的技术。随着激光技术的日益发展,激光诱导空化成为研究空化现象的重要手段,并广泛应用到众多领域,如微成形领域、材料强化、有机废水处理、生物医学领域等。文章综述了激光诱导空化的作用机理和其各个领域应用的研究进展,希望为激光诱导空化应用范围的进一步拓展和该技术的发展提供参考。     

激光

伟大领袖毛主席教导我们说:“人们为着要在自然界里得到自由,就要用自然科学来了解自然,克服自然和改造自然,从自然里得到自由。”激光是人们长期以来对原子物理、光学、光谱学、微波电子技术和量子电子学等多学科综合研究的结果,是生产技术发展推动的产物。另一方面,激光的出现和发展又推动其他学科和技术的前进,大大丰富了人们对光、发光体以及光和其他物质互相作用的认识。     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

激光育苗 效果良好

激光是近十年来才发展起来的一门尖端科学。它具有方向性好、单色性好,能量密度高等特点,发展十分迅速。目前,激光除广泛应用在工业生产、国防建设、医疗卫生和科学研究等方面外,在农业上的应用也普遍引起了人们的重视。近几年来,我国激光农业应用的工作开展十分迅速,在短短的几年内,已有十几个省、市、自治区的近百个单位开展了激光农业应用的实验和研究工作,对粮食作物(水稻、玉米、小麦、谷子)、经济作物(大豆、棉花,油菜、花生)、蔬菜等十几个种     

激光辐射测量方法的研究

伴随着音视频产品及信息技术设备的不断发展,激光类产品如 ＣＤ 机、ＤＶＤ 机、激光打印机等产品已在人们 的日常工作及生活中被广泛使用．激光辐射的危害性已逐渐显露,并被高度关注．激光辐射对人体细胞组织、视网膜及皮 肤的不可恢复的伤害已被人们所认知．基于此,开展对激光辐射测量方法的研究,已刻不容缓．本文对激光辐射的测量方 法提出了一套完整的技术方案．      

激光直写柔性电路的研究进展

目前柔性电子行业正处于一个重要的转型期,各种外形新颖和功能丰富的柔性电子产品不断涌现,从有限的柔性到具有形状适应性及延展性的柔性电子设备.这极大地刺激了人们对柔性电子设备的需求,在更大幅面基板上以更低的成本开发出特征尺寸更小,以及性能更好的柔性电路制造技术备受关注.在各种技术中,激光直写技术已经被证明是一种高效灵活且能够大面积生产柔性电子电路的制造方法.激光直写作为一种非光刻、非真空、在线式加工技术已经受到了越来越多的关注.其可以应用于包括热敏柔性衬底在内的各种衬底的电路电极的制造中,在生产柔性电子设备、柔性储能设备、传感器以及可穿戴电子设备等领域有着巨大的应用前景.本文对激光直写柔性电路(Laser Direct Writing of Flexible Circuit, LDWFC)技术在柔性电路制造中的最新发展进行了总结,重点介绍了激光直写技术在柔性电路制造中所适用的导电油墨材料种类和特点.从激光烧结技术、激光还原技术、激光诱导改性技术、激光辅助电路制造技术4个方面详细介绍了LDWFC加工技术.此外,本文还介绍了LDWFC在柔性储能器件、柔性传感器以及柔性显示器中的应用,并对LDWFC技术在柔性电路制造中的发展进行了展望.     

掺铬镁橄榄石的发光中心研究

引言激光技术及其相关科学的发展,使结构紧凑的近红外调谐激光器日受瞩目,从而促进了固体可调谐激光的研究.固体激光器的许多激活介质是在特定的基质材料中掺入适量的激活杂质而形成的,其中掺过渡族金属离子的晶体很受重视.近年来为三价铬离子寻找新基质材料的研究取得了很大进展.不少掺铬晶体已在室温下实现了新频段的近红外调谐或宽带激光运转,如蓝宝石,金绿宝石,绿母石和镁橄榄石等.其中掺铬镁橄榄石的光谱覆盖范围最宽,其荧光光谱范围为0.69μm～1.4μm.这引起人们极大的兴趣.对Cr:Mg_2SiO_4晶体荧光的这种独特性质的机制,人们也提出了种种的猜测和解释.     

面向艾瓦(EW)飞秒超强激光的新机制研究

自1985年Mourou教授提出啁啾脉冲放大(CAP)技术以来,人们在实验室台面上实现太瓦(TW,10~(12)W)乃至拍瓦(PW,10~(15)W)量级峰值功率的激光成为可能.经过三十多年的发展,世界上已有数个研究组实现了台面PW峰值功率的激光输出.国内中国科学院物理研究所、上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心等单位在多年CPA及OPCPA技术的研究基础上,自2010年以来也相继产生了超过1 PW的结果.由于激光聚变(ICF)、等离子体物理、天体物理、激光粒子加速以及新光源对激光强度的需求,未来超强激光有望做到艾瓦(EW,10~(18)W)甚至更高峰值功率的输出.然而,在CPA机制下要获得更高的超强激光,就要求更大的光束口径、更高质量的激光介质以及米级以上的压缩光栅.加工制造出光学均匀性和精度满足要求的这些光学元件,工程上将面临许多挑战性的问题.本文结合我们正在开展的超快超强激光研究,通过广泛调研,分析展望了可实现EW激光输出的方法与机制,认为在等离子体中进行受激背向散射放大和脉冲压缩有望实现EW激光输出.     

闪耀光栅原理及其应用

近几年,随着硅微加工技术的迅速发展和制作硅光栅技术的提高,闪耀光栅的制作变得更为容易[1,15].由于闪耀光栅具有零级分光的特性,使得它的应用研究日益成为人们关注的焦点.文章在阐述闪耀光栅原理之后,介绍了目前国内外闪耀光栅在单色仪、精密测量、激光整形、显示技术、光通信等方面的应用情况[5,6,10,15,16,18-20],并就其未来的发展做了展望.     

2μm波段锁模固体激光研究进展

中红外2 μm波段锁模超快激光在工业、军事、环境、医疗和科研等领域有着广泛的应用.随着中红外波段固体激光材料和锁模器件的不断发展,利用锁模技术直接产生2 μm波段固体超短脉冲激光成为有效的技术途径之一.本文综述了近十年来2 μm波段主动和被动锁模固体激光的研究进展,针对激光材料、锁模器件等方面的进展情况进行了回顾,并对未来2 μm波段锁模固体激光的发展前景进行了展望.     

脉冲光泵NH_3分子远红外激光一条新谱线的发现

自1970年T.Y.Chang等人首先使用CO_2激光泵浦CH_3F、C_2H_2Cl和CH_3OH等分子以产生远红外激光取得成功以来,迄今约有80多种分子能用作远红外光泵激光的工作物质,产生波长从15μm至2mm范围的两千多条激光谱线.由于CO_2激光泵源的效率很高,而且激光泵浦能量集中在指定的谱线上,因而光泵激光器能达到较高的转换效率;同时,光泵激光光谱线具有较高的稳定性及频谱纯度. NH_3分子是最早引起人们注意并受到广泛研究的分子之一,它具有丰富的远红外光谱.1970年,T.Y.Chang等人曾用N_2O激光器作泵源来激励NH_3分子,首先观察到     

激光损伤过程中导带电子产生机理

价带电子跃迁至导带形成自由电子,长激光脉冲作用时,自由电子吸收能量并传给晶格,使材料温度升高;短激光脉冲作用时,自由电子发生碰撞离化,使导带中电子数目急剧上升,当材料达到一定温度或自由电子达到临界浓度时便发生损伤.随着激光技术的发展,人们不断的完善导带电子的产生机理,以达到计算值与实验结果相一致;激光脉冲越短,越多的光-电子相互作用机制会影响导带电子的产生,雪崩离化、多光子离化、导带电子衰减及导带电子能量分布等相互耦合,导带自由电子的产生过程非常复杂.文中综述了激光损伤过程中导带电子产生的机理模型,并提出了应用于亚皮秒及飞秒激光脉冲的耦合多速率方程.     

大尺寸磷酸盐激光钕玻璃批量制备技术研发及应用

为满足神光装置发展和未来国家专项工程对大尺寸激光玻璃的大量需求,上海光学精密机械研究所研发了以磷酸盐激光钕玻璃连续熔炼技术为核心的大尺寸激光钕玻璃批量制备技术.大尺寸磷酸盐激光钕玻璃批量制备技术是全新的工艺技术,先后攻克了除杂质、动态除羟基、除铂颗粒、小流量大尺寸成型、隧道窑退火过程玻璃易炸裂以及包边和性能检测等一系列关键单元技术,激光玻璃的所有指标包括荧光寿命、光学损耗、光学均匀性、包边剩余反射率等均达到神光装置的使用要求.使中国成为继美国之后第二个拥有大尺寸激光钕玻璃批量制造能力的国家.采用该技术已成功研制了一千多片米级尺寸N31型激光钕玻璃,并且应用于我国的神光系列装置,在中国工程物理研究院实现了1 053 nm激光波长5 ns脉冲宽度单束能量19.6 kJ激光输出.采用本技术研制的激光钕玻璃在国防、强场激光科技前沿、激光加工和医疗领域都得到推广应用.     

用平均原子模型计算钠等离子体的吸收系数

由于辐射吸收系数是决定辐射在物质中传播情况的一个重要物理量 ,因而很早就引起了科学家们的关注 .最初 ,吸收系统的研究主要局限于天体方面 .到 2 0世纪 6 0年代 ,由于激光的问世 ,在实验室里能产生热密等离子体 ,现已扩展到多种领域 ,比如Ｘ光激光、惯性约束聚变等研究 尽管计算热密等离子体的吸收系数非常重要 ,但人们至今仍无法对其精确计算[1] ,这是因为在很多种等离子体中辐射能级间的跃迁线数多达数亿 ,为此人们尝试着各种近似方法 .由于Ｎａ常被用作示踪元素而被引入强激光产生的等离子体中 ,以达到诊断激光等离子体状态的目的 ,…     

超短超强激光等离子体相互作用研究的进展及其潜在的应用

从激光技术的发展、超短超强激光等离子体相互作用研究的特点、方法、内容及其潜在的应用等5个方面对强场物理在国内外的情况作了论述,进一步指出强场物理的实验研究及其应用依赖于激光装置的发展,而超短超强激光技术的发展又使得强场物理的研究变得更具前景、更具挑战性.     

掺杂KCl激光晶体族与色心族

<正> 近几年中,色心激光的发展很快,在很多重要的科技领域中,已显示出它的特性效能.在人们的眼前,展现了十分迷人的发展前景. 色心激光的发展动向和急切需要解决的关键性问题,亦趋明朗. 1980年,我们曾提出了一个似属“错误”的看法.据当时的初步实验印象,认为:KCl(Li~+)晶体中,存在着一种比现有色心模型复杂得多的确定的组织结构,指出了弄清     

相干反斯托克斯喇曼光谱(CARS)

相干反斯托克斯喇曼光谱(简称CARS)是七十年代发展起来的一项新的光谱技术,是激光喇曼光谱技术的一种补充和发展.它具有效率高、光谱及空间分辨率强、抗荧光干扰等特点.由我校物理系激光物理研究室研制的CARS光谱,用氮分子激光泵浦两台染     

双光子激光的Langenin方程

本文把单光子激光的Langenin方法加以推广,来处理简并和非简并双光子激光的运转,由此讨论了频率、线宽及其他运转性质. 一、引言自文献[1,2]首次提出双光子激光器的设想以来,双光子激光的量子理论已引起了人们的广泛兴趣.本文将通过对单光子激光Langenin理论的推广和运用,分析双     

科学研究花红果硕

近十年来,我校获得科研经费二亿多元.十年来我校有880多项研究成果通过鉴定,有570多项成果获得各种科技奖励,其中国家级奖励39项,获国家部委、省级奖励420多项,获授权专利90多项,在国内外刊物和学术会议上发表、交流论文达11000多篇,发表专著200多本.我校还与中央有关部委以及地方有关部门建立了十余个科研开发基地.经过多年的艰苦努力,实现了我校在“七·五”初期确定的“八·五”攻关经费比“七·五”翻一番、基础研究和国防科技预研要有较大发展和提高的主要科研目标.重视发挥多学科和群体优势,组织联合攻关是我校科研迅速发展的重要经验.例如,激光技术是一门新学科,它的研究和开发需要光、机、电等多学科知识及其综合运用.我校从1972年开始涉足这一新领域,组织了激光、工程光学等十多个专业的100多名教师、科技人员对激光技术的基础理论、应用开发、加工设备和工艺检测等各个方面开展研究,经过二十年的努力,特别是经过三个五年计划的科技攻关,不仅在CO_2激光器研制方面取得了可喜的进展,在激光技术的应用方面也取得了一系列成果.目前我校在激光国家重点实验室、激光研究所、激光工程中心、激光设备厂几个单位中形成了基础研究、应用研究、技术开发、生产销售成龙配套的体系.国家激光工程中心目