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飞秒激光多光子吸收三维微纳制备基础研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TN24
  • 关键词:
  • 成果简介:
    红外飞秒激光可以深入透明介质内部诱导多光子吸收产生电离,实现突破光学衍射极限的三维微纳制备。项目针对多光子吸收、电离、介质改性高度非线性相互作用过程的复杂性,以及等离子体和介质改性导致激光脉冲焦点的畸变,制备的结构形貌难以控制等问题,在器件制备层面上揭示了飞秒激光诱导玻璃电离的机制,测定相互作用的关键数据,优化激光参数,大大提高了制备精度;在原子层面上更精确揭示了电离机制,为调控电离率和高精度微纳制备提供指导;发展了超高分辨飞秒激光双光子聚合方法,获得了20纳米最小特征尺度的聚合线,并制备出高品质三维光学微腔等器件。取得如下重要成果: 1.揭示了飞秒激光诱导玻璃的电离机制,优化激光参数,提高了三维微纳制备精度:控制飞秒激光诱导透明介质中电子密度及其分布、电离率是微纳尺度改性三维微纳制备的基础,但是高功率激光引起激光焦点严重畸变或成丝降低制备精度甚至导致加工失败。项目建立了飞秒时间分辨的阴影成像和干涉成像相结合的实验系统,测定了石英玻璃中电子密度、等离子体寿命和电子声子碰撞时间等关键数据,确定了材料物性改变的决定因素。优化激光参数,提高了三维微纳制备精度。非线性光学专家Downer教授等多个研究组均采用项目测定数据作为计算依据,生物光学专家Vogel教授、非线性传输专家Mysyrowicz教授等在Chem. Rev.综述和Phys. Rep.综述等论文中引用项目的成果。 2.在原子层面上精确揭示了电离电子的动力学行为,为飞秒激光与物质相互作用高阶光学非线性过程的调控提供指导:项目研制了国际先进、国内首套高分辨电子-离子符合测量系统,精确测量了飞秒激光电离阈值附近电离电子的精细能谱和动量谱,发现了离子库仑势引起的电子多次散射对电子温度的重要影响,揭示了电离电子被俘获到接近电离的里德堡态引起电离率变化的重要机制,从而可以通过优化飞秒激光参数调控高度非线性过程中的电离率和电子温度等。工作入选“2012年度中国高等学校十大科技进展”,得到了三步电离模型提出者Corkum教授、符合测量技术的先驱Ullrich教授、强场近似理论的提出者Faisal教授多次正面引用。 3.发展了超高分辨飞秒激光双光子聚合方法,制备了高品质器件:获得了20纳米最小特征尺度的聚合线,远小于400纳米的衍射极限,为制备更小体积的光学器件提供了可能途径。双光子聚合专家Fourkas教授在Science论文中指出项目制备的聚合线条具有更细的分辨率,并肯定了项目提出的聚合物收缩所起的作用。理论预言了金属覆盖的光学微腔存在有利于高灵敏传感的外部回音壁模式,被德国汉堡大学实验组证实。制备了高质量的圆对称和非对称光学微腔,模式的品质因子接近理论极限值,并实现了高效单向耦合,为有机材料的微腔激光和高灵敏度传感等提供了重要器件。 8篇代表性论文包括3篇Phys.Rev.Lett.,2篇Appl.Phys.Lett.,2篇Opt.Lett.,1篇Nano Lett.,被SCI他引425次,部分成果入选中国高等学校十大科技进展。
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