超短脉冲激光对岩石烧蚀量的研究

超短脉冲激光与岩石之间的相互作用是激光钻井破岩过程中的本质过程,该过程除了与岩石成分和岩石所处的外部环境有关外,还与激光入射条件有关。文中以红砂岩和大理岩作为研究对象,对激光入射频率和发次对烧蚀量的影响进行了初步研究。结果发现,烧蚀量与激光入射频率和发次有很大关系。此外,浸水后的烧蚀量明显大于干燥状态下的烧蚀量。     

激光对水和空气中靶材的作用机制研究

针对脉冲激光在不同介质中的加工效率问题，分别以水和空气作为介质，对打孔效果和力学量测试这2部分进行实验比较研究，就激光在2种介质中的作用机理进行分析和研究。实验结果和理论分析表明，置于水中的靶材在激光作用下将受到烧蚀力和射流冲击力的作用，它们均在MPa量级；而在空气中靶材仅受到激光烧蚀力的作用，且水下烧蚀力幅值比空气中高4．5倍；激光在水中的加工效率明显优于空气。     

飞秒脉冲激光产生及捕获微气泡的实验研究

采用高速光学摄像及高频超声成像技术对飞秒脉冲激光在介质水中发生光学诱导击穿的过程进行实验研究.结果表明,光学诱导击穿产生后,在高能激光自聚焦的焦点处产生一系列微气泡,最后只有一个微气泡可以被激光束稳定地捕获,并且这个微气泡可以在超声作用下进行非接触式三维操控.进一步分析了沿激光束产生和捕获的微气泡的时空特性以及激光束捕获微气泡的力学特性.实验结果为应用微气泡进行分子水平的靶向性治疗提供了全新的技术手段.     

Atomic inner-shell X-ray laser at 1.46 nanometres pumped by an X-ray free-electron laser

Since the invention of the laser more than 50 years ago, scientists have striven to achieve amplification on atomic transitions of increasingly shorter wavelength. The introduction of X-ray free-electron lasers makes it possible to pump new atomic X-ray lasers with ultrashort pulse duration, extreme spectral brightness and full temporal coherence. Here we describe the implementation of an X-ray laser in the kiloelectronvolt energy regime, based on atomic population inversion and driven by rapid K-shell photo-ionization using pulses from an X-ray free-electron laser. We established a population inversion of the Kα transition in singly ionized neon at 1.46 nanometres (corresponding to a photon energy of 849 electronvolts) in an elongated plasma column created by irradiation of a gas medium. We observed strong amplified spontaneous emission from the end of the excited plasma. This resulted in femtosecond-duration, high-intensity X-ray pulses of much shorter wavelength and greater brilliance than achieved with previous atomic X-ray lasers. Moreover, this scheme provides greatly increased wavelength stability, monochromaticity and improved temporal coherence by comparison with present-day X-ray free-electron lasers. The atomic X-ray lasers realized here may be useful for high-resolution spectroscopy and nonlinear X-ray studies.     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

纳秒激光消融法制备银纳米材料

采用532 nm, 10　ns的激光在丙酮、 水、 甲醇、 异丙醇等溶剂中辐照银金属基 体材料与溶液界面处, 利用超短脉冲激光对金属材料消融, 制备了银纳米粒子溶胶. 通过 紫外/可见/近红外吸收光谱、 透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法对制备的溶胶 表征, 结果表明, 利用激光消融法可以得到银纳米材料, 溶剂不但影响银纳米粒子的形 成速度, 同时也影响银溶胶的稳定性.     

Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulses

Electromagnetically induced transparency is a quantum interference effect that permits the propagation of light through an otherwise opaque atomic medium; a 'coupling' laser is used to create the interference necessary to allow the transmission of resonant pulses from a 'probe' laser. This technique has been used to slow and spatially compress light pulses by seven orders of magnitude, resulting in their complete localization and containment within an atomic cloud. Here we use electromagnetically induced transparency to bring laser pulses to a complete stop in a magnetically trapped, cold cloud of sodium atoms. Within the spatially localized pulse region, the atoms are in a superposition state determined by the amplitudes and phases of the coupling and probe laser fields. Upon sudden turn-off of the coupling laser, the compressed probe pulse is effectively stopped; coherent information initially contained in the laser fields is 'frozen' in the atomic medium for up to 1 ms. The coupling laser is turned back on at a later time and the probe pulse is regenerated: the stored coherence is read out and transferred back into the radiation field. We present a theoretical model that reveals that the system is self-adjusting to minimize dissipative loss during the 'read' and 'write' operations. We anticipate applications of this phenomenon for quantum information processing.     

利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。     

超短脉冲激光对透明介质的烧蚀特性研究

用波长800 nm,脉宽分别为20 fs,100 fs,1 000 fs高斯型激光脉冲研究熔石英的烧蚀机制,采用一种新的模型来计算烧蚀过程中电子数密度随时间的演化,同时确定了不同情况下材料的烧蚀阈值,并分析了在这个过程中多光子电离,隧道电离及雪崩电离的作用,本文结果与以前研究结果符合得较好.     

基于纳飞秒双脉冲激光的蓝宝石蚀除研究

蓝宝石作为一种典型的宽带隙半导体材料具有良好的理化特性,在机械电子、航空航天、微电子等领域具有广阔的应用前景.本文提出采用纳飞秒双束激光进行蓝宝石加工的方法,利用飞秒脉冲峰值功率高的特性,通过多光子电离与碰撞电离,激发蓝宝石表面自由电子从而提高了蓝宝石对纳秒激光的吸收率,同时利用纳秒激光能量相对较大,技术成熟的优势,实现对蓝宝石材料的高质高效加工.为了揭示纳飞秒双束激光与蓝宝石材料的能量耦合机制,采用Fokker-Plank方程、Drude模型、双温模型对飞秒激光诱发的自由电子的演化过程及自由电子与入射激光之间的相互作用进行研究,并通过有限元仿真模拟了纳飞秒双激光与蓝宝石材料相互作用的能量耦合过程与蚀除过程,分析了纳飞秒双脉冲激光作用下,不同脉冲延时下等离子浓度的时空演化规律及其对入射激光吸收系数及反射率等表面光学特性的影响规律,揭示了纳飞秒双激光高效高质加工蓝宝石材料的机理.该研究对实现蓝宝石等宽带隙半导体等脆硬材料的高质高效加工具有重要意义.     

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

A frequency comb in the extreme ultraviolet

Since 1998, the interaction of precision spectroscopy and ultrafast laser science has led to several notable accomplishments. Femtosecond laser optical frequency 'combs' (evenly spaced spectral lines) have revolutionized the measurement of optical frequencies and enabled optical atomic clocks. The same comb techniques have been used to control the waveform of ultrafast laser pulses, which permitted the generation of single attosecond pulses, and have been used in a recently demonstrated 'oscilloscope' for light waves. Here we demonstrate intra-cavity high harmonic generation in the extreme ultraviolet, which promises to lead to another joint frontier of precision spectroscopy and ultrafast science. We have generated coherent extreme ultraviolet radiation at a repetition frequency of more than 100 MHz, a 1,000-fold improvement over previous experiments. At such a repetition rate, the mode spacing of the frequency comb, which is expected to survive the high harmonic generation process, is large enough for high resolution spectroscopy. Additionally, there may be many other applications of such a quasi-continuous compact and coherent extreme ultraviolet source, including extreme ultraviolet holography, microscopy, nanolithography and X-ray atomic clocks.     

V型原子介质中周期量级脉冲激光传输特性对载波包络相位的依赖性

通过求解Maxwell—Bloeh方程,研究了稠密的V型三能级原子介质中,载波包络相位（CEP）Ф对周期量级脉冲激光的传榆特性及频谱特性的影响。结果表明：对于大面积的脉冲,周期量级激光脉冲的载波和相应的光谱对CEP具有很强的敏感性。CEP的大小可以影响脉冲振幅大小、传播速度快慢及脉冲的分裂。另外,其它条件一定CEP不同时,由于相干效应的不同,脉冲频谱受到CEP的影响,但不足以引起高频成分的显著变化。当Ф=0时,可得到频谱更宽、连续性更好的超连续谱。     

利用动力学去耦合脉冲增大和调节量子相干性和三体纠缠

本文研究了动力学去耦合脉冲对腔量子电动力学系统中量子相干性, 量子失谐和量子纠缠的影响, 发现动力学去耦合脉冲不仅能够增大系统中两原子之间的量子相干性, 同时也能增大它们之间非经典关联（量子失谐和量子纠缠）. 同时, 凭借迹距离的方法, 探讨了动力学去耦合脉冲增大两原子之间量子相干性的原因, 通过探究可以看出动力学去耦合脉冲能够控制和加速量子信息从其他子系统回流到两个原子中去, 并减少两原子子系统和其他子系统之间的量子信息流动, 从而增加两原子间的量子相干性和非经典关联. 最后, 利用保真度的方法研究了系统中三体纠缠出现的情况, 结果显示在不同的时间, 系统中会出现三体纠缠, 特别值得指出的是, 可以通过动力学去耦合脉冲来调节和增加系统中三体纠缠出现的时间.     

激光与金属作用的应用研究与进展

激光与金属作用的应用领域非常广泛,很多学者做了大量工作。由于对激光与金属作用的机理处于探索阶段,一些应用仅处于初级阶级。综述了多年来激光与金属作用的应用与研究进展状况,为研究激光与金属作用的科研人员提供有益的参考。     

双色激光激励对空气中太赫兹辐射增强的研究

利用光电流模型模拟研究在泵浦光中引入400nm倍频光对空气中太赫兹辐射的增强情况,其中空气中氮气离化过程考虑到二阶离化,同时考虑电子在运动过程中与周围离子、分子的碰撞。结果表明,400nm激光的引入打破了原激光电场的对称性,导致了光电流中漂移成分的产生,大大增强了最后的太赫兹波输出强度。     

脉冲激光作用硅锗合金形成多种捕获界面态

用脉冲激光辐照和退火氧化处理在硅锗合金衬底上形成了具有不同界面态分布的氧化低维结构.在这些结构中都有在几个纳米的氧化层中约束了大量的硅和锗的纳米团簇结构,分析这些低维结构所产生的光致荧光(PL)光谱发现,由于氧化条件的不同所生成的这些结构对应的PL光谱无论是强度,还是频率都发生了显著的变化.用量子受限-硅锗与氧化物界面态综合模型解释了样品PL发光的变化.     

油、水介质对GCr15钢微动磨损特性的影响

采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,在法向载荷100N、频率2Hz、位移幅值1 5～60μm,以及大气、纯净水和液压油3种不同介质条件下,对GCr15钢进行了微动磨损试验.动力学分析结合光学显微镜和激光共焦扫描显微镜(LCSM)的微观观察结果显示:流体介质对微动运行区域有轻微改变;液压油和纯净水介质明显降低了微动摩擦因数、磨痕深度和磨斑尺寸,表现出明显的润滑作用,而液压油的润滑效果明显优于纯净水 微观分析表明,3种介质条件下的微动磨损是磨粒磨损和剥层机制共同作用的结果.     

液相激光烧蚀合成TiO2纳米颗粒及其XPS研究

采用液相激光烧蚀法制备了二氧化钛纳米颗粒,研究了二氧化钛纳米颗粒的生长与微结构．XRD、TEM、XPS等表征表明：此方法可在室温条件下一步获得金红石型二氧化钛纳米颗粒胶体,颗粒直径约50nm,尺寸分布窄,分散性好,从而显示出良好的应用前景．结合微观表征与激光诱导的瞬态等离子体分析对TiO2纳米颗粒形成机理进行了探讨．     

烧蚀模式激光推进的机理和应用探索

激光推进是一种全新的驱动概念,在未来航天领域具有重要的应用前景.介绍了我们采用凝聚态工质的"火箭烧蚀模式"激光推进方面的最新研究进展,包括烧蚀模式激光推进的机理、激光水推进、激光微推力器模型以及分离式全方位接收激光推力器概念,目的在于探索烧蚀模式激光推进的机理、规律和可能应用.