线聚焦激光辐照栅状结构靶的发射特性

近年来,世界范围内X射线激光研究在多方面取得了较大进展,引起人们广泛的注意,特别是,其中有关提高具有潜在实用价值的复合泵浦X射线激光的增益长度积(GL值)的研究是最活跃的前沿课题之一.采用新的靶型以加速冷却是一种可能的有效途径.此外,对不同结构的靶型,等离子体不均匀性的平滑和增长是大家关注的焦点问题.本文报道了线聚焦1.05μm激光辐照具有空间周期刻槽结构的栅状靶所产生等离子体的发射特性的实验研究结果.文中从空间和时间分辨的线状等离子体轴向和侧向软X射线光谱测量,空间分辨的电子温度和电子密度诊断,以及等离子体二次谐波发射测量等角度研究了栅状结构靶与激光相互作用的物理过程.通过与平面靶比较,实验观察到若干可能的激光跃迁的轴向发射增强等重要现象,表明采用这种结构的靶将可能提高复合X射线激光的增益.     

受控核聚变中的表面现象

核聚变等离子体与器壁的相互作用是核聚变材料研究中的重要问题,《受控核聚变中的表面现象》一文对等离子体与器壁表面相互作用中的几个重要物理过程作了介绍。     

单束、多束飞秒激光在CdS, SiC和GaN表面诱导一维和二维纳米周期结构

报道了单光束、双光束和三光束飞秒激光在CdS, GaN, SiC样品上诱导形成周期远小于激光波长的纳米周期结构. 研究表明, 其形成机制不同于入射光与表面散射光干涉的经典机制, 二次谐波的产生可能在其中起着重要作用; 双光束激光干涉在SiC晶体表面诱导形成二维微米-纳米复合周期结构, 干涉花样决定微米长周期结构, 长周期结构的烧蚀斑上形成了短周期的自组织纳米结构. 在上述研究基础上, 初步探索三光束干涉形成二维、三维微米-纳米复合周期结构.     

激光聚爆玻璃壳靶的空间分辨X光摄谱结果

一、测试目的与原理 激光与等离子体相互作用的大量实验说明,被吸收的激光能量向靶的临界密度层以内的输运过程是十分复杂的,热流可能被磁场所抑制,等离子体密度分布可能被等离子体非线性效应所修正。因此,采用空间分辨X光摄谱来研究这些效应是十分必要的。此外,它对研究各种离子在不同条件下的能级跃迁与粒子数反转,进而研究产生X光受激辐射的条件等都是一项有效的工具。     

宽频带激光对激光等离子体的致稳

在激光与等离子体相互作用研究中,一般均取定光波为单色平面波。但是实际上激光总有一定的频带宽度,同时,近年来除了用激光倍频打靶外,对于利用宽频带激光幅照靶丸的实验也产生了兴趣。下面我们研究频带宽度对激光等离子体参量不稳的影响。     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

自愈合柔性储能器件研究进展

柔性储能器件由于具有可弯曲、折叠、拉伸等特点而广泛应用于智能皮肤及柔性可穿戴器件等领域.但是储能器件在柔性变形过程中会导致电极材料产生微裂纹甚至脱落,显著降低储能器件的电化学性能及使用寿命.自愈合的柔性储能器件通过在材料中引入愈合剂或者可逆化学键,致使材料在发生机械损伤时自动愈合,恢复材料的微观机械结构及电导率,进而实现储能器件的机械柔韧性及电化学性能的修复.本文总结了自愈合机理,针对柔性储能器件主要介绍了基于可逆非共价键及共价键诱导的具有自愈合功能的柔性电极、电解质、基底和封装材料的发展现状,最后总结探讨了自愈合柔性储能器件所面临的挑战及未来发展方向.     

含非完好界面的非线性弹性波超材料中SH波的非互易传输

研究了含非完好界面的非线性弹性波超材料中的非互易传输现象.通过结构的非对称性和材料的非线性打破了经典弹性波系统中的互易性原理.入射的反平面剪切(shear horizontal, SH)波与材料的非线性效应相互作用产生二次谐波.根据Bloch定理,利用刚度矩阵法得到了基频波和二次谐波的带隙和透射系数.通过与完好界面情况下的结果对比,讨论了界面特性对层状周期结构中SH波的带隙和非互易传输的影响.本研究有助于设计具有非互易传输性能的弹性波超材料器件.     

基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生理论与实验进展

自从2001年首次产生并测量了阿秒(attosecond, 1 as=10-18s)脉冲之后,高次谐波和阿秒脉冲在原子分子物理、材料科学等领域得到了广泛的应用.但是,由于气体高次谐波方法产生的阿秒脉冲效率较低,阿秒脉冲能量受限,限制了阿秒时间动力学研究的探测方式(目前主要是IR(infrared)+XUV(extreme ultraviolet)泵浦/探测)及其在许多领域的应用.如何获得高亮度、大能量的阿秒脉冲一直是该领域的追求.高强度的相对论飞秒激光脉冲与固体密度等离子体相互作用,在高亮度、大能量高次谐波和阿秒脉冲产生上具有独特的优势,甚至可能获得远高于泵浦激光场强的谐波电场强度.本文对基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生的物理机制和目前的实验研究进展作简要介绍.     

激光等离子体软X光发射和空间均匀性的时间分辨研究

短脉冲激光(～fs—～ns)产生的激光等离子体是一种高亮度软X光光源,它在X光激光研究和物质结构分析等方面具有重要应用。软X光发射的测量,也成为研究激光等离子体这一高温、高密度复杂现象的有效手段。由于激光等离子体是在fs—ps时间尺度下产生     

几何相位调控的表面等离激元透镜的近场模式及其聚焦优化

表面等离激元是一种外界光场与金属表面自由电子相互作用的电磁模式,具有很强的近场电磁场特性.由于在近场区域可以超越衍射极限,因此对于设计光学近场聚焦器件具有重要意义.不同于广泛研究的圆环形、椭圆环形以及螺旋环形表面等离激元透镜,本文研究由多个矩形狭缝构成的圆环表面等离激元透镜及其近场模式.单个矩形狭缝产生的表面等离激元在向圆心传播的过程中会发生相干干涉,在特定位置处出现表面等离激元干涉环,其大小及空间位置与透镜狭缝单元的数量和透镜的尺寸大小有关.调节透镜的尺寸和数量导致干涉环消失时,透镜的聚焦效果最好.调节每个狭缝单元的空间转角可以产生表面等离激元的几何相位,最终实现表面等离激元透镜的中心聚焦,且干涉环消失时,聚焦效果最好.     

飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用

激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域. 利用激光直写技术进行材料加工时, 其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制, 难于进行纳米尺度的加工. 飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段, 也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源. 近年来, 作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点. 该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应, 成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率, 可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用, 具有广阔的应用前景. 在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120 nm的加工分辨率后, 最近我国科学家实现了15 nm线宽的纳米尺度加工分辨率. 在利用多光束并行加工技术进行快速、大批量微纳结构加工的同时, 最新发展的多光束组合技术实现了多部件组合加工、一次成型, 解决了微尺度零部件组装难题, 为微纳尺度器件及微机电系统的开发提供了具有实用化前景的加工方法与途径. 利用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的高精度、良好的空间分辨率和真三维加工能力的特点, 各国科学家制备出了各种微尺度光子学器件及微机电系统, 充分展示了该技术的应用前景. 随着对飞秒脉冲激光与物质相互作用机理、加工技术及相关材料技术的深入研究, 飞秒脉冲微纳加工技术必将获得快速发展, 并在先进纳米制造领域获得新的突破.     

材料损伤的非线性超声评价研究进展

非线性超声技术由于能够克服传统线性超声的不足,对于微纳尺度缺陷(如位错、微裂纹等)较为敏感,受到研究者的广泛关注.本文介绍了非线性超声技术检测材料损伤的基本原理;对传播过程中非线性超声波与材料微观结构相互作用的理论研究以及非线性超声技术检测、评估材料损伤的实验研究进展进行了综述;最后基于非线性超声损伤检测研究的现状对该技术进一步发展进行了展望.     

界面分子组装与表面图案化

表面图案化是指在至少一维的方向上生成纳米级的规则表面结构. 它在超分子科学、材料科学, 微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值[1]. 表面图案化主要用于表面性质的调控. 微观尺度的表面结构可以用来控制黏附、摩擦及浸润等材料表面性质, 该性质与分子间相互作用和表面拓扑结构密切相关. 选择性吸附和表面特异性识别更是要求控制表面的各向异性性质. 在微电子领域, 人们已经开始探讨图案化表面材料用作高密度磁性存储介质的可能性. 量子点阵激光、量子级联激光和单电子二极管的出现也从根本上改变了传统器件的基本概念.…     

飞秒激光诱导周期性表面结构及其应用

近年来,飞秒激光微纳加工技术引起了科学界的广泛关注.飞秒激光脉冲凭借其超短脉宽及超强的瞬时功率,较传统的激光加工有着明显的优势:几乎可以加工任何材料,非接触加工,非热加工,加工精度高,能够加工亚微米级结构和三维复杂结构,加工过程耗能低.飞秒激光加工材料的过程中会产生周期性的表面结构,这些表面结构会对材料的表面性能产生明显的影响,并且在国防、医疗、高端制造等多个领域具有巨大的应用潜力.因此,国内外研究人员对飞秒激光诱导周期性表面结构进行了系统深入的理论研究和实验研究.本文简要阐述了飞秒激光的基本特点及飞秒激光微纳加工的独特优势,对近年来关于飞秒激光诱导周期性表面结构(laser induced periodic surface structure,LIPSS)的理论与实验研究进行了综述,并阐述了这种周期性表面结构对材料表面浸润特性、光学特性以及表面拉曼增强的影响和研究进展,最后对LIPSS未来的研究方向进行了预测和展望.     

等离子体刻蚀

本文介绍了等离子体刻蚀的概念、优点和应用,刻蚀的物理机制和稠密等离子体源与器件损伤.     

基于表面等离子体共振效应的显示技术

表面等离子体共振构件中, 调制层材料的实部与共振波长存在单调函数关系, 调制层材料的虚部与共振强度存在单调函数关系. 基于该两种现象可以设计出新型的显示器件. 首先从理论上分别提出了波长和强度可控的显示单元, 而后提出了波长和强度可联合调控的显示单元, 进一步研究了具有8×8个显示单元的器件, 并给出仿真结果. 研究表明, 基于表面等离子体共振效应的显示器件可以直接控制每个显示单元的颜色和亮度, 而无需通过三基色合成, 具有分辨率高、对比度高、平面显示、高亮度、响应快等突出优点. 然而, 如果需要设计成实用的显示器件, 尚需深入研究调制层材料和工艺等.     

激光等离子体中的快离子发射

快离子的发射是激光与等离子体相互作用研究中的重要课题,本文报道使用波长1.06μm、脉宽100ps、靶面强度为(10~(13)—5×10~(14))W/cm~2的单束激光与多种材料平面靶相互作用时,快离子发射特性与激光强度及靶原子序数的依从关系,实验用本所的六路激光装置     

强激光诱导的材料界面不稳定性

在高功率激光器内部激光工作物质和光学元件,窗口镀膜材料的设计中,传能光纤以及制导传感器抗激光致盲材料的设计中,对材料的抗激光性能问题都要有所考虑.大量实验表明,材料表面和界面是较容易损伤的部位.现有的研究大都注重体材料损伤过程的描述上,而对材料界面的激光损伤微观机制的研究甚少.在抗激光材料的设计中,很需要对材料的微观过程有深入的认识.通过对微观过程的分析,引出一些可控制的物理参量,如调制掺杂异质结的调制掺杂浓度.在材料设计中通过调节这些可控制参量,从而使材料能承受某一功率范围的激光辐照.     

国家自然科学基金视角下我国光电器件领域发展的分析和展望

<正>光电器件是利用光与载流子之间的相互作用而产生特定效应或功能的器件,主要包括激光器、发光二极管(light-emitting diode, LED)、光电探测器、太阳能电池等.作为半导体光电子产业一个重要的分支,光电器件在当今社会具有极其重要的地位,在光通信、探测、遥感、成像、军事、航天等领域中得到广泛应用.光电器件是信息获取、传输、处理、显示四大系统的主要载体和核心元器件.