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第1章 飞秒激光脉冲的产生与放大1

1.1 引言1

1.2 钛宝石激光器飞秒激光脉冲的产生和放大3

1.2.1 啁啾脉冲放大技术3

1.2.2 飞秒激光振荡器4

1.2.3 展宽器10

1.2.4 放大器13

1.2.5 压缩器14

1.3 超短脉冲光纤激光器15

1.3.1 光纤激光器发展及特点15

1.3.2 光纤激光器锁模技术16

1.4 小结和展望21

参考文献21

第2章 飞秒激光与物质的相互作用原理23

2.1 引言23

2.2 飞秒激光的特点24

2.3 飞秒激光与介质作用机理25

2.3.1 非线性吸收过程25

2.3.2 能量传递与转化过程27

2.3.3 飞秒激光作用材料诱导的微结构29

2.3.4 飞秒激光加工材料的特点30

2.3.5 重复频率对飞秒激光诱导微纳结构的影响31

参考文献32

第3章 飞秒激光微纳加工系统35

3.1 引言35

3.2 飞秒激光直写加工系统36

3.2.1 飞秒激光直写加工系统结构36

3.2.2 飞秒激光直写诱导微结构38

3.2.3 飞秒激光直写光波导38

3.2.4 飞秒激光诱导离子价态变化39

3.2.5 飞秒激光诱导微纳光栅结构40

3.2.6 飞秒激光诱导析出金属纳米颗粒41

3.2.7 飞秒激光诱导析出光功能晶体42

3.3 飞秒激光多光束干涉微纳加工系统44

3.4 飞秒激光投影成形技术47

参考文献47

第4章 飞秒激光共振干涉技术49

4.1 引言49

4.2 飞秒激光共振干涉理论49

4.2.1 飞秒激光脉冲干涉的实现49

4.2.2 干涉区光场分布51

4.3 飞秒激光干涉场诱导微纳结构54

4.3.1 飞秒激光双光束干涉诱导的微纳结构54

4.3.2 飞秒激光多光束干涉诱导的微纳结构57

4.4 小结和展望61

参考文献62

第5章 飞秒激光非共振干涉技术65

5.1 引言65

5.2 ω＋2ω非共振相干技术65

5.3 飞秒激光非共振相干实验系统66

5.4 飞秒激光非共振相干诱导玻璃二阶非线性光学效应67

5.5 飞秒激光非共振相干诱导聚合物二阶非线性光学效应69

5.6 小结和展望71

参考文献71

第6章 飞秒激光脉冲整形技术74

6.1 引言74

6.2 飞秒激光脉冲整形的技术方法75

6.2.1 液晶空间光调制器76

6.2.2 硅基液晶调制器79

6.2.3 声光空间光调制器81

6.2.4 其他调制器82

6.3 飞秒激光脉冲整形技术的控制方式83

6.4 飞秒激光脉冲整形技术的应用84

6.4.1 分子动力学中的应用84

6.4.2 非线性光谱学中的应用88

6.4.3 光纤光学中的应用89

6.4.4 光通信系统中的应用89

6.4.5 生物医学中的应用90

6.4.6 飞秒放大器的相位补偿90

6.4.7 带通滤波的应用90

6.5 未来应用趋势91

6.5.1 量子计算91

6.5.2 生物医学应用91

6.5.3 新型半导体器件92

6.6 小结和展望93

参考文献93

第7章 飞秒激光表面加工技术103

7.1 引言103

7.2 飞秒激光烧蚀材料表面基本过程及物理机制104

7.2.1 飞秒激光烧蚀材料表面的基本过程104

7.2.2 飞秒激光烧蚀材料的物理机制105

7.3 单束飞秒激光诱导的表面微纳结构及应用107

7.3.1 表面周期条纹结构107

7.3.2 飞秒激光诱导的锥状结构121

7.4 多束飞秒激光干涉形成的表面周期结构及应用122

7.4.1 飞秒激光双光束干涉制备表面周期结构123

7.4.2 飞秒激光三光束干涉制备表面周期结构124

7.4.3 飞秒激光四光束干涉制备表面周期结构126

7.5 小结和展望127

参考文献128

第8章 飞秒激光诱导双光子聚合135

8.1 引言135

8.2 双光子聚合材料136

8.2.1 单体137

8.2.2 光引发剂137

8.2.3 添加剂138

8.3 紫外负性SU8光刻胶138

8.3.1 紫外负性SU8光刻胶的主要成分和性质138

8.3.2 紫外负性SU8光刻胶的感光机理139

8.4 双光子聚合加工原理139

8.5 双光子聚合加工分辨率141

8.6 双光子聚合研究进展142

8.7 小结和展望146

参考文献146

第9章 飞秒激光诱导色心形成148

9.1 引言148

9.2 飞秒激光在透明材料内部诱导色心149

9.2.1 飞秒激光在玻璃中诱导色心149

9.2.2 飞秒激光在晶体中诱导色心153

9.3 飞秒激光诱导色心的应用156

9.4 小结和展望157

参考文献157

第10章 飞秒激光诱导离子价态变化160

10.1 引言160

10.2 飞秒激光诱导离子价态操控160

10.2.1 飞秒激光诱导过渡金属离子价态变化160

10.2.2 飞秒激光诱导重金属离子价态变化161

10.2.3 飞秒激光诱导稀土离子价态变化163

10.2.4 飞秒激光诱导贵金属离子价态变化165

10.3 小结和展望169

参考文献169

第11章 飞秒激光在透明介质中制备波导器件172

11.1 引言172

11.2 飞秒激光诱导透明材料折射率改变机理173

11.2.1 载流子激发173

11.2.2 折射率改变175

11.3 飞秒激光制备光波导180

11.3.1 激光系统180

11.3.2 直写形式181

11.3.3 无源波导182

11.3.4 波导器件183

11.3.5 有源波导183

11.4 波导制备优化技术185

11.4.1 改善波导对称性185

11.4.2 提高制作波导效率的方法192

11.4.3 偏振选择194

11.5 小结和展望194

参考文献195

第12章 飞秒激光诱导晶体选择性析出207

12.1 引言207

12.2 飞秒激光诱导晶体选择性析出机理208

12.3 飞秒激光诱导代表性晶体选择性析出210

12.3.1 飞秒激光诱导非线性晶体选择性析出210

12.3.2 飞秒激光诱导析出的晶体对掺杂稀土离子发光的影响216

12.3.3 飞秒激光诱导半导体晶体选择性析出222

12.3.4 飞秒激光诱导上转换发光晶体选择性析出222

12.4 小结和展望223

参考文献224

第13章 飞秒激光操控金属纳米粒子227

13.1 引言227

13.2 飞秒激光诱导和修饰纳米粒子的原理228

13.3 飞秒激光诱导玻璃内部金属纳米粒子的析出230

13.4 飞秒激光诱导玻璃内部金属纳米粒子的形变234

13.5 飞秒激光在有机透明材料内部调控金属纳米粒子的光学特性241

13.6 小结和展望244

参考文献244

第14章 飞秒激光诱导微孔洞和气泡形成248

14.1 引言248

14.2 飞秒激光诱导微孔洞的形成248

14.3 飞秒激光诱导微孔洞的应用研究250

14.4 微孔洞的坍塌行为251

14.5 飞秒激光在材料内部诱导气泡的形成251

14.6 小结和展望254

参考文献255

第15章 飞秒激光照射形成三维流路257

15.1 引言257

15.2 飞秒激光制备三维微流通道研究现状258

15.2.1 飞秒激光改性辅助的化学刻蚀法258

15.2.2 液体辅助飞秒激光烧蚀法264

15.3 改善微流通道结构性能的方法267

15.3.1 激光光束空间整形268

15.3.2 激光光束时间整形269

15.3.3 时空聚焦整形技术270

15.3.4 其他改善技术270

15.4 存在的问题272

15.5 小结和展望272

参考文献273

第16章 飞秒激光诱导偏振依赖纳米结构280

16.1 引言280

16.2 偏振依赖纳米结构的发现及其基本特征281

16.3 纳米光栅结构的特性282

16.3.1 光学双折射现象282

16.3.2 热稳定性283

16.3.3 周期性284

16.3.4 可接续性285

16.3.5 可重复擦写286

16.3.6 光轴和光程延迟的可控性287

16.3.7 方向选择性化学腐蚀288

16.4 纳米光栅结构的应用289

16.4.1 光学数据存储289

16.4.2 微流体通道291

16.4.3 微光学元件292

16.5 纳米光栅结构形成的物理机制研究293

16.5.1 纳米光栅结构形成的三个发展阶段293

16.5.2 目前主流的机理解释及理论模型294

16.5.3 影响纳米光栅结构形成的因素299

16.6 小结和展望302

参考文献303

第17章 飞秒激光诱导纳米周期性孔洞结构308

17.1 引言308

17.2 飞秒激光诱导自组装孔洞结构309

17.2.1 贝塞尔-高斯飞秒激光束制备周期性孔洞结构309

17.2.2 飞秒激光光束截断法制备周期性孔洞结构309

17.2.3 高斯光束紧聚焦方法310

17.3 高斯光束紧聚焦法诱导周期性孔洞结构的一些重要实验进展312

17.3.1 多种透明介质材料中诱导周期性孔洞结构312

17.3.2 高数值孔径的干透镜和无油油浸透镜诱导互为倒装的周期性孔洞结构317

17.3.3 改变油浸透镜浸润液体诱导互为倒装的周期性孔洞结构318

17.4 飞秒激光诱导纳米周期性孔洞结构的形成机理319

17.4.1 样品表面触发和连续脉冲辐照推动的孔洞自组装机制320

17.4.2 电子等离子体驻波模型320

17.4.3 环境介质/样品界面折射率差别引起的球差机制321

17.5 飞秒激光诱导周期性孔洞结构的应用326

17.5.1 周期性孔洞结构用作涡旋光束阵列产生器326

17.5.2 利用类周期性孔洞结构制备光波导以及光波导阵列329

17.5.3 利用周期性孔洞结构制备衍射光栅331

17.5.4 利用周期性孔洞结构制备条纹取向可控的自组织微光栅333

17.6 小结和展望337

参考文献338

第18章 飞秒激光诱导离子重新分布341

18.1 引言341

18.2 飞秒激光在不同玻璃中诱导离子重新分布342

18.2.1 飞秒激光在硼酸盐玻璃中诱导离子重新分布342

18.2.2 飞秒激光在硅酸盐玻璃中诱导离子重新分布345

18.2.3 飞秒激光在锗酸盐玻璃中诱导离子重新分布354

18.3 小结和展望355

参考文献355

第19章 飞秒激光诱导高温高压相形成358

19.1 引言358

19.2 飞秒激光诱导局域高温高压特点358

19.3 飞秒激光诱导高温高压相的进展359

19.4 小结和展望362

参考文献363

第20章 飞秒激光诱导溶液中纳米粒子形成365

20.1 引言365

20.2 飞秒激光在溶液中制备纳米粒子的类型和原理366

20.2.1 块体靶材液相脉冲激光烧蚀法原理367

20.2.2 散颗粒耗材液相脉冲激光烧蚀法369

20.2.3 前驱体靶材液相脉冲激光烧蚀法的过程与机理370

20.3 飞秒激光在溶液中制备纳米粒子的研究进展370

20.3.1 无表面活性剂的纳米粒子制备370

20.3.2 半导体纳米粒子制备373

20.3.3 其他功能纳米粒子制备375

20.4 飞秒激光液相烧蚀法制备纳米粒子的应用377

20.4.1 生物学应用377

20.4.2 光学应用378

20.4.3 催化应用379

20.4.4 其他应用380

20.5 小结和展望380

参考文献380

索引387