基本介紹
- 書名：飛秒雷射加工技術——基礎與套用
- 作者：邱建榮
- ISBN：9787030578631
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2018年8月1日
- 開本：16開
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書是一本介紹飛秒雷射加工原理、技術和套用的著作。全書分20章。第1章和第2章是飛秒雷射脈衝產生和放大的原理以及飛秒雷射與物質相互作用的基本原理；第3～6章是飛秒雷射加工系統、干涉技術、脈衝整形技術；第7章是表面加工技術；第8章是雙光子聚合技術；第9～19章是內部加工技術；第20章是溶液中製備納米顆粒技術。
目錄
目錄
第1章 飛秒雷射脈衝的產生與放大 1
1.1 引言 1
1.2 鈦寶石雷射器飛秒雷射脈衝的產生和放大 3
1.2.1 啁啾脈衝放大技術 3
1.2.2 飛秒雷射振盪器 4
1.2.3 展寬器 10
1.2.4 放大器 13
1.2.5 壓縮器 14
1.3 超短脈衝光纖雷射器 15
1.3.1 光纖雷射器發展及特點 15
1.3.2 光纖雷射器鎖模技術 16
1.4 小結和展望 21
參考文獻 21
第2章 飛秒雷射與物質的相互作用原理 23
2.1 引言 23
2.2 飛秒雷射的特點 24
2.3 飛秒雷射與介質作用機理 25
2.3.1 非線性吸收過程 25
2.3.2 能量傳遞與轉化過程 27
2.3.3 飛秒雷射作用材料誘導的微結構 29
2.3.4 飛秒雷射加工材料的特點 30
2.3.5 重複頻率對飛秒雷射誘導微納結構的影響 31
參考文獻 32
第3章 飛秒雷射微納加工系統 35
3.1 引言 35
3.2 飛秒雷射直寫加工系統 36
3.2.1 飛秒雷射直寫加工系統結構 36
3.2.2 飛秒雷射直寫誘導微結構 38
3.2.3 飛秒雷射直寫光波導 38
3.2.4 飛秒雷射誘導離子價態變化 39
3.2.5 飛秒雷射誘導微納光柵結構 40
3.2.6 飛秒雷射誘導析出金屬納米顆粒 41
3.2.7 飛秒雷射誘導析出光功能晶體 42
3.3 飛秒雷射多光束干涉微納加工系統 44
3.4 飛秒雷射投影成形技術 47
參考文獻 47
第4章 飛秒雷射共振干涉技術 49
4.1 引言 49
4.2 飛秒雷射共振干涉理論 49
4.2.1 飛秒雷射脈衝干涉的實現 49
4.2.2 干涉區光場分布 51
4.3 飛秒雷射干涉場誘導微納結構 54
4.3.1 飛秒雷射雙光束干涉誘導的微納結構 54
4.3.2 飛秒雷射多光束干涉誘導的微納結構 57
4.4 小結和展望 61
參考文獻 62
第5章 飛秒雷射非共振干涉技術 65
5.1 引言 65
5.2 非共振相干技術 65
5.3 飛秒雷射非共振相干實驗系統 66
5.4 飛秒雷射非共振相干誘導玻璃二階非線性光學效應 67
5.5 飛秒雷射非共振相干誘導聚合物二階非線性光學效應 69
5.6 小結和展望 71
參考文獻 71
第6章 飛秒雷射脈衝整形技術 74
6.1 引言 74
6.2 飛秒雷射脈衝整形的技術方法 75
6.2.1 液晶空間光調製器 76
6.2.2 矽基液晶調製器 79
6.2.3 聲光空間光調製器 81
6.2.4 其他調製器 82
6.3 飛秒雷射脈衝整形技術的控制方式 83
6.4 飛秒雷射脈衝整形技術的套用 84
6.4.1 分子動力學中的套用 84
6.4.2 非線性光譜學中的套用 88
6.4.3 光纖光學中的套用 89
6.4.4 光通信系統中的套用 89
6.4.5 生物醫學中的套用 90
6.4.6 飛秒放大器的相位補償 90
6.4.7 帶通濾波的套用 90
6.5 未來套用趨勢 91
6.5.1 量子計算 91
6.5.2 生物醫學套用 91
6.5.3 新型半導體器件 92
6.6 小結和展望 93
參考文獻 93
第7章 飛秒雷射表面加工技術 103
7.1 引言 103
7.2 飛秒雷射燒蝕材料表面基本過程及物理機制 104
7.2.1 飛秒雷射燒蝕材料表面的基本過程 104
7.2.2 飛秒雷射燒蝕材料的物理機制 105
7.3 單束飛秒雷射誘導的表面微納結構及套用 107
7.3.1 表面周期條紋結構 107
7.3.2 飛秒雷射誘導的錐狀結構 121
7.4 多束飛秒雷射干涉形成的表面周期結構及套用 122
7.4.1 飛秒雷射雙光束干涉製備表面周期結構 123
7.4.2 飛秒雷射三光束干涉製備表面周期結構 124
7.4.3 飛秒雷射四光束干涉製備表面周期結構 126
7.5 小結和展望 127
參考文獻 128
第8章 飛秒雷射誘導雙光子聚合 135
8.1 引言 135
8.2 雙光子聚合材料 136
8.2.1 單體 137
8.2.2 光引發劑 137
8.2.3 添加劑 138
8.3 紫外負性 SU8 光刻膠 138
8.3.1 紫外負性 SU8 光刻膠的主要成分和性質 138
8.3.2 紫外負性 SU8 光刻膠的感光機理 139
8.4 雙光子聚合加工原理 139
8.5 雙光子聚合加工解析度 141
8.6 雙光子聚合研究進展 142
8.7 小結和展望 146
參考文獻 146
第9章 飛秒雷射誘導色心形成 148
9.1 引言 148
9.2 飛秒雷射在透明材料內部誘導色心 149
9.2.1 飛秒雷射在玻璃中誘導色心 149
9.2.2 飛秒雷射在晶體中誘導色心 153
9.3 飛秒雷射誘導色心的套用 156
9.4 小結和展望 157
參考文獻 157
第10章 飛秒雷射誘導離子價態變化 160
10.1 引言 160
10.2 飛秒雷射誘導離子價態操控 160
10.2.1 飛秒雷射誘導過渡金屬離子價態變化 160
10.2.2 飛秒雷射誘導重金屬離子價態變化 161
10.2.3 飛秒雷射誘導稀土離子價態變化 163
10.2.4 飛秒雷射誘導貴金屬離子價態變化 165
10.3 小結和展望 169
參考文獻 169
第11章 飛秒雷射在透明介質中製備波導器件 172
11.1 引言 172
11.2 飛秒雷射誘導透明材料折射率改變機理 173
11.2.1 載流子激發 173
11.2.2 折射率改變 175
11.3 飛秒雷射製備光波導 180
11.3.1 雷射系統 180
11.3.2 直寫形式 181
11.3.3 無源波導 182
11.3.4 波導器件 183
11.3.5 有源波導 183
11.4 波導製備最佳化技術 185
11.4.1 改善波導對稱性 185
11.4.2 提高製作波導效率的方法 192
11.4.3 偏振選擇 194
11.5 小結和展望 194
參考文獻 195
第12章 飛秒雷射誘導晶體選擇性析出 207
12.1 引言 207
12.2 飛秒雷射誘導晶體選擇性析出機理 208
12.3 飛秒雷射誘導代表性晶體選擇性析出 210
12.3.1 飛秒雷射誘導非線性晶體選擇性析出 210
12.3.2 飛秒雷射誘導析出的晶體對摻雜稀土離子發光的影響 216
12.3.3 飛秒雷射誘導半導體晶體選擇性析出 222
12.3.4 飛秒雷射誘導上轉換髮光晶體選擇性析出 222
12.4 小結和展望 223
參考文獻 224
第13章 飛秒雷射操控金屬納米粒子 227
13.1 引言 227
13.2 飛秒雷射誘導和修飾納米粒子的原理 228
13.3 飛秒雷射誘導玻璃內部金屬納米粒子的析出 230
13.4 飛秒雷射誘導玻璃內部金屬納米粒子的形變 234
13.5 飛秒雷射在有機透明材料內部調控金屬納米粒子的光學特性 241
13.6 小結和展望 244
參考文獻 244
第14章 飛秒雷射誘導微孔洞和氣泡形成 248
14.1 引言 248
14.2 飛秒雷射誘導微孔洞的形成 248
14.3 飛秒雷射誘導微孔洞的套用研究 250
14.4 微孔洞的坍塌行為 251
14.5 飛秒雷射在材料內部誘導氣泡的形成 251
14.6 小結和展望 254
參考文獻 255
第15章 飛秒雷射照射形成三維流路 257
15.1 引言 257
15.2 飛秒雷射製備三維微流通道研究現狀 258
15.2.1 飛秒雷射改性輔助的化學刻蝕法 258
15.2.2 液體輔助飛秒雷射燒蝕法 264
15.3 改善微流通道結構性能的方法 267
15.3.1 雷射光束空間整形 268
15.3.2 雷射光束時間整形 269
15.3.3 時空聚焦整形技術 270
15.3.4 其他改善技術 270
15.4 存在的問題 272
15.5 小結和展望 272
參考文獻 273
第16章 飛秒雷射誘導偏振依賴納米結構 280
16.1 引言 280
16.2 偏振依賴納米結構的發現及其基本特徵 281
16.3 納米光柵結構的特性 282
16.3.1 光學雙折射現象 282
16.3.2 熱穩定性 283
16.3.3 周期性 284
16.3.4 可接續性 285
16.3.5 可重複擦寫 286
16.3.6 光軸和光程延遲的可控性 287
16.3.7 方向選擇性化學腐蝕 288
16.4 納米光柵結構的套用 289
16.4.1 光學數據存儲 289
16.4.2 微流體通道 291
16.4.3 微光學元件 292
16.5 納米光柵結構形成的物理機制研究 293
16.5.1 納米光柵結構形成的三個發展階段 293
16.5.2 目前主流的機理解釋及理論模型 294
16.5.3 影響納米光柵結構形成的因素 299
16.6 小結和展望 302
參考文獻 303
第17章 飛秒雷射誘導納米周期性孔洞結構 308
17.1 引言 308
17.2 飛秒雷射誘導自組裝孔洞結構 309
17.2.1 貝塞爾-高斯飛秒雷射束製備周期性孔洞結構 309
17.2.2 飛秒雷射光束截斷法製備周期性孔洞結構 309
17.2.3 高斯光束緊聚焦方法 310
17.3 高斯光束緊聚焦法誘導周期性孔洞結構的一些重要實驗進展 312
17.3.1 多種透明介質材料中誘導周期性孔洞結構 312
17.3.2 高數值孔徑的乾透鏡和無油油浸透鏡誘導互為倒裝的周期性孔洞結構 317
17.3.3 改變油浸透鏡浸潤液體誘導互為倒裝的周期性孔洞結構 318
17.4 飛秒雷射誘導納米周期性孔洞結構的形成機理 319
17.4.1 樣品表面觸發和連續脈衝輻照推動的孔洞自組裝機制 320
17.4.2 電子電漿駐波模型 320
17.4.3 環境介質/樣品界面折射率差別引起的球差機制 321
17.5 飛秒雷射誘導周期性孔洞結構的套用 326
17.5.1 周期性孔洞結構用作渦旋光束陣列產生器 326
17.5.2 利用類周期性孔洞結構製備光波導以及光波導陣列 329
17.5.3 利用周期性孔洞結構製備衍射光柵 331
17.5.4 利用周期性孔洞結構製備條紋取向可控的自組織微光柵 333
17.6 小結和展望 337
參考文獻 338
第18章 飛秒雷射誘導離子重新分布
第1章 飛秒雷射脈衝的產生與放大 1
1.1 引言 1
1.2 鈦寶石雷射器飛秒雷射脈衝的產生和放大 3
1.2.1 啁啾脈衝放大技術 3
1.2.2 飛秒雷射振盪器 4
1.2.3 展寬器 10
1.2.4 放大器 13
1.2.5 壓縮器 14
1.3 超短脈衝光纖雷射器 15
1.3.1 光纖雷射器發展及特點 15
1.3.2 光纖雷射器鎖模技術 16
1.4 小結和展望 21
參考文獻 21
第2章 飛秒雷射與物質的相互作用原理 23
2.1 引言 23
2.2 飛秒雷射的特點 24
2.3 飛秒雷射與介質作用機理 25
2.3.1 非線性吸收過程 25
2.3.2 能量傳遞與轉化過程 27
2.3.3 飛秒雷射作用材料誘導的微結構 29
2.3.4 飛秒雷射加工材料的特點 30
2.3.5 重複頻率對飛秒雷射誘導微納結構的影響 31
參考文獻 32
第3章 飛秒雷射微納加工系統 35
3.1 引言 35
3.2 飛秒雷射直寫加工系統 36
3.2.1 飛秒雷射直寫加工系統結構 36
3.2.2 飛秒雷射直寫誘導微結構 38
3.2.3 飛秒雷射直寫光波導 38
3.2.4 飛秒雷射誘導離子價態變化 39
3.2.5 飛秒雷射誘導微納光柵結構 40
3.2.6 飛秒雷射誘導析出金屬納米顆粒 41
3.2.7 飛秒雷射誘導析出光功能晶體 42
3.3 飛秒雷射多光束干涉微納加工系統 44
3.4 飛秒雷射投影成形技術 47
參考文獻 47
第4章 飛秒雷射共振干涉技術 49
4.1 引言 49
4.2 飛秒雷射共振干涉理論 49
4.2.1 飛秒雷射脈衝干涉的實現 49
4.2.2 干涉區光場分布 51
4.3 飛秒雷射干涉場誘導微納結構 54
4.3.1 飛秒雷射雙光束干涉誘導的微納結構 54
4.3.2 飛秒雷射多光束干涉誘導的微納結構 57
4.4 小結和展望 61
參考文獻 62
第5章 飛秒雷射非共振干涉技術 65
5.1 引言 65
5.2 非共振相干技術 65
5.3 飛秒雷射非共振相干實驗系統 66
5.4 飛秒雷射非共振相干誘導玻璃二階非線性光學效應 67
5.5 飛秒雷射非共振相干誘導聚合物二階非線性光學效應 69
5.6 小結和展望 71
參考文獻 71
第6章 飛秒雷射脈衝整形技術 74
6.1 引言 74
6.2 飛秒雷射脈衝整形的技術方法 75
6.2.1 液晶空間光調製器 76
6.2.2 矽基液晶調製器 79
6.2.3 聲光空間光調製器 81
6.2.4 其他調製器 82
6.3 飛秒雷射脈衝整形技術的控制方式 83
6.4 飛秒雷射脈衝整形技術的套用 84
6.4.1 分子動力學中的套用 84
6.4.2 非線性光譜學中的套用 88
6.4.3 光纖光學中的套用 89
6.4.4 光通信系統中的套用 89
6.4.5 生物醫學中的套用 90
6.4.6 飛秒放大器的相位補償 90
6.4.7 帶通濾波的套用 90
6.5 未來套用趨勢 91
6.5.1 量子計算 91
6.5.2 生物醫學套用 91
6.5.3 新型半導體器件 92
6.6 小結和展望 93
參考文獻 93
第7章 飛秒雷射表面加工技術 103
7.1 引言 103
7.2 飛秒雷射燒蝕材料表面基本過程及物理機制 104
7.2.1 飛秒雷射燒蝕材料表面的基本過程 104
7.2.2 飛秒雷射燒蝕材料的物理機制 105
7.3 單束飛秒雷射誘導的表面微納結構及套用 107
7.3.1 表面周期條紋結構 107
7.3.2 飛秒雷射誘導的錐狀結構 121
7.4 多束飛秒雷射干涉形成的表面周期結構及套用 122
7.4.1 飛秒雷射雙光束干涉製備表面周期結構 123
7.4.2 飛秒雷射三光束干涉製備表面周期結構 124
7.4.3 飛秒雷射四光束干涉製備表面周期結構 126
7.5 小結和展望 127
參考文獻 128
第8章 飛秒雷射誘導雙光子聚合 135
8.1 引言 135
8.2 雙光子聚合材料 136
8.2.1 單體 137
8.2.2 光引發劑 137
8.2.3 添加劑 138
8.3 紫外負性 SU8 光刻膠 138
8.3.1 紫外負性 SU8 光刻膠的主要成分和性質 138
8.3.2 紫外負性 SU8 光刻膠的感光機理 139
8.4 雙光子聚合加工原理 139
8.5 雙光子聚合加工解析度 141
8.6 雙光子聚合研究進展 142
8.7 小結和展望 146
參考文獻 146
第9章 飛秒雷射誘導色心形成 148
9.1 引言 148
9.2 飛秒雷射在透明材料內部誘導色心 149
9.2.1 飛秒雷射在玻璃中誘導色心 149
9.2.2 飛秒雷射在晶體中誘導色心 153
9.3 飛秒雷射誘導色心的套用 156
9.4 小結和展望 157
參考文獻 157
第10章 飛秒雷射誘導離子價態變化 160
10.1 引言 160
10.2 飛秒雷射誘導離子價態操控 160
10.2.1 飛秒雷射誘導過渡金屬離子價態變化 160
10.2.2 飛秒雷射誘導重金屬離子價態變化 161
10.2.3 飛秒雷射誘導稀土離子價態變化 163
10.2.4 飛秒雷射誘導貴金屬離子價態變化 165
10.3 小結和展望 169
參考文獻 169
第11章 飛秒雷射在透明介質中製備波導器件 172
11.1 引言 172
11.2 飛秒雷射誘導透明材料折射率改變機理 173
11.2.1 載流子激發 173
11.2.2 折射率改變 175
11.3 飛秒雷射製備光波導 180
11.3.1 雷射系統 180
11.3.2 直寫形式 181
11.3.3 無源波導 182
11.3.4 波導器件 183
11.3.5 有源波導 183
11.4 波導製備最佳化技術 185
11.4.1 改善波導對稱性 185
11.4.2 提高製作波導效率的方法 192
11.4.3 偏振選擇 194
11.5 小結和展望 194
參考文獻 195
第12章 飛秒雷射誘導晶體選擇性析出 207
12.1 引言 207
12.2 飛秒雷射誘導晶體選擇性析出機理 208
12.3 飛秒雷射誘導代表性晶體選擇性析出 210
12.3.1 飛秒雷射誘導非線性晶體選擇性析出 210
12.3.2 飛秒雷射誘導析出的晶體對摻雜稀土離子發光的影響 216
12.3.3 飛秒雷射誘導半導體晶體選擇性析出 222
12.3.4 飛秒雷射誘導上轉換髮光晶體選擇性析出 222
12.4 小結和展望 223
參考文獻 224
第13章 飛秒雷射操控金屬納米粒子 227
13.1 引言 227
13.2 飛秒雷射誘導和修飾納米粒子的原理 228
13.3 飛秒雷射誘導玻璃內部金屬納米粒子的析出 230
13.4 飛秒雷射誘導玻璃內部金屬納米粒子的形變 234
13.5 飛秒雷射在有機透明材料內部調控金屬納米粒子的光學特性 241
13.6 小結和展望 244
參考文獻 244
第14章 飛秒雷射誘導微孔洞和氣泡形成 248
14.1 引言 248
14.2 飛秒雷射誘導微孔洞的形成 248
14.3 飛秒雷射誘導微孔洞的套用研究 250
14.4 微孔洞的坍塌行為 251
14.5 飛秒雷射在材料內部誘導氣泡的形成 251
14.6 小結和展望 254
參考文獻 255
第15章 飛秒雷射照射形成三維流路 257
15.1 引言 257
15.2 飛秒雷射製備三維微流通道研究現狀 258
15.2.1 飛秒雷射改性輔助的化學刻蝕法 258
15.2.2 液體輔助飛秒雷射燒蝕法 264
15.3 改善微流通道結構性能的方法 267
15.3.1 雷射光束空間整形 268
15.3.2 雷射光束時間整形 269
15.3.3 時空聚焦整形技術 270
15.3.4 其他改善技術 270
15.4 存在的問題 272
15.5 小結和展望 272
參考文獻 273
第16章 飛秒雷射誘導偏振依賴納米結構 280
16.1 引言 280
16.2 偏振依賴納米結構的發現及其基本特徵 281
16.3 納米光柵結構的特性 282
16.3.1 光學雙折射現象 282
16.3.2 熱穩定性 283
16.3.3 周期性 284
16.3.4 可接續性 285
16.3.5 可重複擦寫 286
16.3.6 光軸和光程延遲的可控性 287
16.3.7 方向選擇性化學腐蝕 288
16.4 納米光柵結構的套用 289
16.4.1 光學數據存儲 289
16.4.2 微流體通道 291
16.4.3 微光學元件 292
16.5 納米光柵結構形成的物理機制研究 293
16.5.1 納米光柵結構形成的三個發展階段 293
16.5.2 目前主流的機理解釋及理論模型 294
16.5.3 影響納米光柵結構形成的因素 299
16.6 小結和展望 302
參考文獻 303
第17章 飛秒雷射誘導納米周期性孔洞結構 308
17.1 引言 308
17.2 飛秒雷射誘導自組裝孔洞結構 309
17.2.1 貝塞爾-高斯飛秒雷射束製備周期性孔洞結構 309
17.2.2 飛秒雷射光束截斷法製備周期性孔洞結構 309
17.2.3 高斯光束緊聚焦方法 310
17.3 高斯光束緊聚焦法誘導周期性孔洞結構的一些重要實驗進展 312
17.3.1 多種透明介質材料中誘導周期性孔洞結構 312
17.3.2 高數值孔徑的乾透鏡和無油油浸透鏡誘導互為倒裝的周期性孔洞結構 317
17.3.3 改變油浸透鏡浸潤液體誘導互為倒裝的周期性孔洞結構 318
17.4 飛秒雷射誘導納米周期性孔洞結構的形成機理 319
17.4.1 樣品表面觸發和連續脈衝輻照推動的孔洞自組裝機制 320
17.4.2 電子電漿駐波模型 320
17.4.3 環境介質/樣品界面折射率差別引起的球差機制 321
17.5 飛秒雷射誘導周期性孔洞結構的套用 326
17.5.1 周期性孔洞結構用作渦旋光束陣列產生器 326
17.5.2 利用類周期性孔洞結構製備光波導以及光波導陣列 329
17.5.3 利用周期性孔洞結構製備衍射光柵 331
17.5.4 利用周期性孔洞結構製備條紋取向可控的自組織微光柵 333
17.6 小結和展望 337
參考文獻 338
第18章 飛秒雷射誘導離子重新分布
