飛秒激光的案例
飛秒脈沖激光空間光場(chǎng)調(diào)控的微透鏡陣列制備技術(shù)進(jìn)展
圖 1（c）飛秒激光制備流程
本文也針對(duì)影響加工質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行了分析與實(shí)驗(yàn)。
在微透鏡的制備過(guò)程中，濕法刻蝕是決定微透鏡表面質(zhì)量和尺寸的關(guān)鍵因素。
在濕法刻蝕過(guò)程中，影響結(jié)構(gòu)形貌的主要參數(shù)是溶液濃度和刻蝕時(shí)間。
溶液濃度決定刻蝕速率：在相同濃度的情況下，刻蝕時(shí)間決定材料最終去除量。
微透鏡的深度主要取決于各向異性刻蝕過(guò)程中飛秒激光燒蝕改性的深度。在相同數(shù)值孔徑的物鏡聚焦的情況下，其燒蝕改性的深度主要取決于飛秒激光的能量。
空間光場(chǎng)調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效可控的微透鏡陣列的制備
（1）并行復(fù)雜排列的微透鏡陣列的制備
為了提高加工效率以及激光能量利用率
這里使用德國(guó)HOLOEYE反射式的液晶相位調(diào)制器（LETO-VIS-009）作為空間光場(chǎng)調(diào)制的手段。
基于LC-SLM的并行飛秒激光加工系統(tǒng)如圖 2（a）所示，波長(zhǎng) 514 nm，脈寬為230 fs的飛秒激光經(jīng)過(guò)LC-SLM進(jìn)行空間光場(chǎng)調(diào)制后，利用 4f 光路將調(diào)制之后的光場(chǎng)相位分布投影到物鏡入瞳，經(jīng)過(guò)物鏡之后，在物鏡焦平面形成多個(gè)焦點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)并行加工。
圖2基于空間光場(chǎng)調(diào)制的多點(diǎn)加工原理
為了提高飛秒激光的能量利用率
4f 系統(tǒng)使用了焦距分別為 400 mm和300 mm的透鏡，可以在投影的同時(shí)實(shí)現(xiàn)縮束效果，從而在充分利用物鏡數(shù)值孔徑的基礎(chǔ)上充分利用飛秒激光的能量。
展開(kāi) Interfaces：飛秒激光加工Janus多孔膜用于水滴
在該文中，研究人員通過(guò)飛秒激光直寫技術(shù)在泡沫銅上快速制備了大面積的微納結(jié)構(gòu)，所制備的材料表現(xiàn)出Janus的浸潤(rùn)特性（一面超親水，一面疏水），并具有水滴的定向通過(guò)能力。同時(shí)，該材料表現(xiàn)出較好的霧水收集能力。為干旱地區(qū)緩解水資源危機(jī)提供了了一種有效途徑。
【 圖文導(dǎo)讀】
圖1 Janus膜的制備流程與表征
(a)飛秒激光加工示意圖；
(b)不同參數(shù)加工的Janus膜光學(xué)示意圖；
(c)不同加工參數(shù)的燒蝕厚度。
圖2 Janus膜微觀形貌表征與元素分析
(a)加工前泡沫銅的SEM圖像;
(b-d) 加工后泡沫銅在不同倍率下的SEM圖像；
(e-h ) 加工前后泡沫銅表面的EDS能譜和元素分布對(duì)比。
圖3 不同泡沫銅的水滴運(yùn)輸特性
(a)原始泡沫銅表面單個(gè)和多個(gè)水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；
(b)超親水泡沫銅表面單個(gè)和多個(gè)水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；
(c)超親水/疏水Janus泡沫銅表面單個(gè)和多個(gè)水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；
(d)疏水/ 超親水Janus泡沫銅表面單個(gè)和多個(gè)水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
展開(kāi) 納秒激光、皮秒激光、飛秒激光，你分得清嗎？
大家對(duì)激光加工并不陌生，但你對(duì)經(jīng)常能聽(tīng)到的納秒激光、皮秒激光、飛秒激光等，你是否能分得清呢？
▌ 我們先來(lái)搞清楚時(shí)間單位換算
1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒
1μs (微秒)=0.000001=10-6秒
1ns (納秒)=0.0000000001秒=10-9秒
1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒
1fs (飛秒)=0.000000000000001秒=10-15秒
搞清楚了時(shí)間單位，我們就知道了飛秒激光是一種極其超短脈沖的激光加工。近十年來(lái)，超短脈沖激光加工技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
▌ 超短脈沖激光的意義
人們很早就嘗試?yán)?em>激光進(jìn)行微加工。但是由于激光的長(zhǎng)脈沖寬度和低激光強(qiáng)度造成材料熔化并持續(xù)蒸發(fā)，雖然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是對(duì)材料的熱沖擊依然很大，限制了加工的精度。唯有減少熱影響才能提高加工質(zhì)量。
當(dāng)激光以皮秒量級(jí)的脈沖時(shí)間作用到材料上時(shí)，加工效果會(huì)發(fā)生顯著變化。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由于激光與材料相互作用的時(shí)間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經(jīng)從材料表面被燒蝕掉了，不會(huì)給周圍的材料帶來(lái)熱影響，因此也被稱為“冷加工”。憑借冷加工帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，短與超短脈沖激光器進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中。
激光加工：長(zhǎng)脈沖 VS 超短脈沖
超短脈沖加工能量極快地注入很小的作用區(qū)域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化，避免了激光線性吸收、能量轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散等影響，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機(jī)制。
展開(kāi) 天下武功，唯快不破——我國(guó)實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片超精細(xì)“冷加工”突破
▲系列化超快激光極端制造設(shè)備，可滿足各領(lǐng)域?qū)Τ?xì)冷加工的制造需求。
針對(duì)航空領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)率先利用超快激光極端制造技術(shù)攻克了新型超高溫單晶材料和高精度復(fù)雜微結(jié)構(gòu)制造難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓渦輪葉片氣膜孔的“超精細(xì)冷加工”，解決了現(xiàn)有電火花、長(zhǎng)脈沖激光加工工藝存在重鑄層、微裂紋、再結(jié)晶等缺陷的問(wèn)題，完成了國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)多型號(hào)、多批次高壓渦輪單晶葉片的氣膜孔加工及驗(yàn)證，為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)換上“中國(guó)心”打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
針對(duì)航天領(lǐng)域，攻克了50±2微米高品質(zhì)鉆孔技術(shù)，將航天推進(jìn)器流量控制板的控制精度提升三個(gè)數(shù)量級(jí)（由毫克/秒提升至微克/秒），減少燃料攜帶量約20%，并成功應(yīng)用于世界首套在軌驗(yàn)證的磁聚焦霍爾推進(jìn)系統(tǒng)，促進(jìn)了航天推進(jìn)系統(tǒng)升級(jí)。
內(nèi)容延伸
葉片上為何要打孔？為何一定要激光打孔？它的難度有多大？
這個(gè)小孔叫做氣膜冷卻孔，其作用就是解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)在超高溫（1700℃）及超高壓等苛刻條件下冷卻問(wèn)題。
飛秒激光技術(shù)又是怎么回事呢？
飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，屬于飛秒量級(jí)，1飛秒就是1/1000萬(wàn)億秒， 光一秒可以繞地球七圈半，而1飛秒只能走過(guò)頭發(fā)絲1/200的長(zhǎng)度，這是飛秒激光的第一個(gè)特點(diǎn)。飛秒激光的第二個(gè)特點(diǎn)是具有非常高的瞬時(shí)功率，可達(dá)到百萬(wàn)億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍。飛秒激光的第三個(gè)特點(diǎn)是，它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小許多的空間區(qū)域。因而，這樣加工時(shí)切面整齊、無(wú)熱擴(kuò)散、無(wú)微裂紋及冶金缺陷，加工過(guò)程中不會(huì)對(duì)所涉及的空間范圍的周圍材料造成影響，從而做到了加工的超精細(xì)。
飛秒激光的優(yōu)點(diǎn)就是熱量不傳導(dǎo)，不損傷材料，能量來(lái)不及釋放該脈沖已經(jīng)結(jié)束，避免了能量的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)化熱量的存在和熱擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的激光“冷”加工。所以叫做“冷加工”。
展開(kāi) 
湘潭大學(xué)：鐵電材料方面取得重要突破！
為了攻克這一難題，周益春教授提出了用飛秒激光作為探測(cè)手段來(lái)破解。
這一想法的基本出發(fā)點(diǎn)是：飛秒激光是具有時(shí)域脈沖寬度在飛秒（10-15秒）量級(jí)的激光。基于飛秒激光的泵浦探測(cè)手段具有超高的時(shí)間分辨率，是一種可能用于探測(cè)鐵電疇這一超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程的好手段。它在時(shí)間分辨率上的巨大優(yōu)勢(shì)使得其對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在皮秒量級(jí)的鐵電疇的跟蹤依然游刃有余。相比其它疇動(dòng)力學(xué)探測(cè)手段，基于飛秒激光探測(cè)方法除了探測(cè)速度優(yōu)勢(shì)外，在探測(cè)效率方面也有明顯提升，尤其對(duì)于鐵電器件中大規(guī)模疇穩(wěn)定性的無(wú)損評(píng)估相當(dāng)具有潛力。
基于以上的想法，湘潭大學(xué)鐵電材料研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)防科技大學(xué)袁建民教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)密切合作，發(fā)展了基于飛秒激光的鐵電疇分布表征的新方法：方位角-偏振依賴光學(xué)二次諧波探測(cè)方法。他們收集了不同樣品方位角和入射光偏振角下鐵電薄膜產(chǎn)生的光學(xué)二次諧波信號(hào)，并建立了相關(guān)的方位角-偏振依賴光學(xué)二次諧波模型；通過(guò)擬合測(cè)得的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論模型，確定了71°和109°疇壁的菱方相BiFeO3，及四方相BiFeO3、Pb(Zr0.2Ti0.8)O3和BaTiO3等鐵電薄膜復(fù)雜或簡(jiǎn)單的疇結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)確獲得了該疇結(jié)構(gòu)的分布情況。此項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了一種優(yōu)化的全光學(xué)方法，能準(zhǔn)確得到鐵電薄膜中的鐵電疇結(jié)構(gòu)及分布情況，可用來(lái)跟蹤和評(píng)估鐵電器件中鐵電疇的演變過(guò)程。此工作是鐵電研究團(tuán)隊(duì)在這個(gè)方向的工作之一，還有一系列基于飛秒激光的超快探測(cè)相關(guān)工作在向前推進(jìn)。
據(jù)了解，湘大鐵電材料研究團(tuán)隊(duì)近一年以來(lái)還在柔性鐵電材料、新型多鐵材料等多個(gè)方向均取得了突破性進(jìn)展，相關(guān)工作分別發(fā)表在Science Advances 3, e1700121 (2017) 和Nature Communications 9, 658 (2018)上。（來(lái)源：湘潭大學(xué)）
展開(kāi) 中國(guó)反制立陶宛，會(huì)被這個(gè)小國(guó)用激光技術(shù)卡脖子嗎？
不過(guò)，很多人擔(dān)心，中國(guó)的激光技術(shù)有可能被立陶宛卡脖子。
今天，我們就來(lái)談一談立陶宛的激光產(chǎn)業(yè)。
立陶宛位于歐洲東北部，國(guó)土面積6.53萬(wàn)平方公里，比我國(guó)的寧夏面積還小一點(diǎn)，人口不到280萬(wàn)，約為上海常住人口的十分之一。
稱之為“彈丸小國(guó)”，并不為過(guò)。
小歸小，立陶宛卻有一項(xiàng)絕技，那就是激光。
立陶宛激光產(chǎn)業(yè)，成名已久，早在20世紀(jì)80年代就躋身國(guó)際市場(chǎng)，在某些產(chǎn)品領(lǐng)域里處于國(guó)際領(lǐng)先地位。
2011年和2016年，立陶宛研發(fā)的激光儀在國(guó)際Prism光學(xué)創(chuàng)新評(píng)選中分別獲得世界最佳科學(xué)激光設(shè)備獎(jiǎng)，研究水平已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到認(rèn)可。
激光技術(shù)
從市場(chǎng)份額看，立陶宛擁有全球10%的科學(xué)激光儀，飛秒激光儀更是占到全球市場(chǎng)的一半以上。
激光被業(yè)界稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”，飛秒激光更是刀中的“屠龍刀”。高端到航天材料加工，平民如近視治療手術(shù)，都會(huì)用到飛秒激光。
掌握全球飛秒激光主導(dǎo)權(quán)的，正是立陶宛。
立陶宛擁有全球激光器技術(shù)最成熟的廠商集群，如EKSPLA、Light Conversion、Altechna等。
其中，最具代表性的是EKSPLA。
ASML光刻機(jī)，正解局也介紹過(guò)，制造難度極高。
ASML光刻機(jī)其實(shí)是個(gè)“萬(wàn)國(guó)牌”，是全球頂尖技術(shù)的集合體。其中，激光光源來(lái)自德國(guó)通快，通快的供應(yīng)商則是EKSPLA。
展開(kāi) 兩機(jī)葉片丨中科院寧波材料所：激光極端制造助力航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜孔高質(zhì)量加工
縮小中外發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)代差，復(fù)雜異型氣膜冷卻技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行
國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院所（中科院西光所、北京航空材料研究院、清華大學(xué)等）紛紛開(kāi)展了飛秒激光加工鎳基高溫合金的研究工作。例如，2013年，劉新靈等人發(fā)現(xiàn)飛秒激光加工單晶高溫合金，仍存在著不大于3μm的重鑄層，孔壁上棱狀加工痕跡和部分孔壁上的微裂紋明顯；2017年，張學(xué)謙等人使用飛秒激光旋切掃描帶熱障涂層，發(fā)現(xiàn)孔的入口處附著黑色殘?jiān)庸ご螖?shù)增加后愈發(fā)嚴(yán)重。這在一定程度上表明，飛秒激光加工仍無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)理論上的“冷加工”，大深徑比深小孔加工仍存在熱影響等影響，并且加工效率較低。
圖3. 干式激光加工中飛秒激光加工質(zhì)量相對(duì)而言最好，但仍無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)理論上的“冷加工”
對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所激光極端制造研究中心開(kāi)展了多項(xiàng)極端激光制造技術(shù)，尤其是復(fù)合加工技術(shù)的研究工作，取得一系列成果。
水助激光加工可以一定程度上解決先進(jìn)氣膜孔加工的工程矛盾
水射流輔助激光加工是一種將激光與層流水射流復(fù)合的激光加工技術(shù)，它將水以各種形式復(fù)合到現(xiàn)有的激光加工技術(shù)中，充分利用水的冷卻作用、沖刷作用，以及激光與材料產(chǎn)生的其他物理化學(xué)作用，以獲得更好的加工質(zhì)量。水助激光加工過(guò)程中，激光照射工件使工件局部受熱，溫度迅速升高，升華材料，利用射流所產(chǎn)生的沖刷力，帶走去除物。
相較于傳統(tǒng)激光加工技術(shù)，水助激光加工技術(shù)展現(xiàn)出一系列優(yōu)勢(shì)：通過(guò)形成穩(wěn)定的同軸層流射流，使得激光加工對(duì)焦點(diǎn)位置不甚敏感；通過(guò)掃描振鏡，實(shí)現(xiàn)激光束對(duì)特定形狀的高速掃描。
展開(kāi) 《自然?光子學(xué)》: 上海交大金賢敏團(tuán)隊(duì)在光量子計(jì)算機(jī)集成化上取得進(jìn)展
在此基礎(chǔ)上，金賢敏團(tuán)隊(duì)提出了一種具有充分可擴(kuò)展性的六方粘合樹結(jié)構(gòu)，并通過(guò)飛秒激光直寫技術(shù)成功映射到三維光量子集成芯片中。這種六方粘合二叉樹結(jié)構(gòu)，即使層數(shù)很大，都可以在芯片中很好地用三維波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)中首先根據(jù)理論預(yù)測(cè)的量子動(dòng)態(tài)演化過(guò)程中最大的到達(dá)概率以及對(duì)應(yīng)的最優(yōu)演化長(zhǎng)度，通過(guò)飛秒激光直寫技術(shù)制備最優(yōu)演化長(zhǎng)度附近的若干組芯片樣品。然后通過(guò)激光注入、CCD成像觀測(cè)芯片輸出的光強(qiáng)概率分布，確定不同層數(shù)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)演化長(zhǎng)度。注入單光子量子光源，用高精度單光子成像觀測(cè)在最優(yōu)“快速到達(dá)”情形下的演化圖形。圖二展示了量子算法可實(shí)現(xiàn)約90%的最優(yōu)到達(dá)效率，最優(yōu)演化長(zhǎng)度約為25mm。而經(jīng)典算法只能緩慢地達(dá)到最優(yōu)演化情形，且最優(yōu)到達(dá)效率只有6.25%，比量子行走小了一個(gè)多數(shù)量級(jí)。這是經(jīng)典隨機(jī)行走的擴(kuò)散傳輸本質(zhì)導(dǎo)致的，出口節(jié)點(diǎn)達(dá)到的最優(yōu)到達(dá)效率相當(dāng)于1除以所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。量子行走在復(fù)雜分叉結(jié)構(gòu)時(shí)可以選擇左和右的疊加態(tài)，從而在最優(yōu)到達(dá)效率和最優(yōu)演化長(zhǎng)度都實(shí)現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)。
圖二：2層六方粘合樹“快速到達(dá)”的量子算法和經(jīng)典算法結(jié)果對(duì)比
研究人員將六方粘合樹的層數(shù)逐步增大到8層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度不斷提升。如圖三所示，在幾種不同層數(shù)結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)到達(dá)情形中，出口波導(dǎo)都會(huì)聚了比大部分其他波導(dǎo)更高的光強(qiáng)，而經(jīng)典情形是當(dāng)出口節(jié)點(diǎn)達(dá)到最優(yōu)時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)的光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)平均分配，因而最優(yōu)到達(dá)效率非常低。
研究人員進(jìn)一步分析了量子行走和經(jīng)典隨機(jī)行走在六方粘合樹結(jié)構(gòu)上的“快速到達(dá)”表現(xiàn)隨著結(jié)構(gòu)層數(shù)的量化關(guān)系。量子最優(yōu)到達(dá)效率始終比經(jīng)典最優(yōu)到達(dá)效率高一個(gè)多數(shù)量級(jí)。而且對(duì)于最優(yōu)到達(dá)效率所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)演化長(zhǎng)度，量子算法和經(jīng)典算法分別需要與粘合樹層數(shù)呈線性及平方關(guān)系的演化長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，量子算法對(duì)于“快速到達(dá)”問(wèn)題在更大的任務(wù)尺寸上具有更大的優(yōu)勢(shì)。
展開(kāi) 每秒攝10萬(wàn)億次！加州理工造出世界最快相機(jī)，可記錄光的慢動(dòng)作
當(dāng)你按下激光筆按鈕時(shí)，看起來(lái)似乎整個(gè)光束是一瞬間就出現(xiàn)的。但實(shí)際上，光子也是像水管中的水一樣射出的，只是速度太快，所以我們無(wú)法看清楚過(guò)程。
但這或許只是對(duì)人眼來(lái)說(shuō)太快了。
加州理工學(xué)院和魁北克大學(xué)的研究人員發(fā)明了目前世界上最快的相機(jī)，該相機(jī)可以在一秒鐘拍攝 10 萬(wàn)億次，這足以記錄光在空間中穿行的過(guò)程。這種超高時(shí)間分辨率的相機(jī)，主要基于一種稱為壓縮超快速攝影（CUP）的技術(shù)。這項(xiàng)研究最近發(fā)表在 Light: Science & Applications 雜志上。
圖 | 每秒萬(wàn)億幀的壓縮超快速攝影系統(tǒng)。（來(lái)源：魁北克大學(xué)國(guó)立科學(xué)研究院）
近年來(lái)，在非線性光學(xué)和成像技術(shù)的創(chuàng)新為生物學(xué)和物理學(xué)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的顯微分析提供了高效的方法。但提高這些方法還需要一種能夠在非常短暫的時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)成像的技術(shù)。
利用當(dāng)前的成像技術(shù)，對(duì)超短極光脈沖的測(cè)量還需要重復(fù)多次，這差不多可以用來(lái)測(cè)量一些類型的惰性樣品，但對(duì)于更脆弱的樣品來(lái)說(shuō)還不夠。例如，激光雕刻玻璃只能容忍一個(gè)激光脈沖，留下不到一皮秒的時(shí)間來(lái)捕獲結(jié)果。在這種情況下，成像技術(shù)必須能夠?qū)崟r(shí)捕獲整個(gè)過(guò)程。
CUP 技術(shù)是一個(gè)很好的起點(diǎn)。可以在一秒內(nèi)鎖定 1000 億幀圖像。但這種方法還不符合集成飛秒激光器所需的規(guī)格。新的 T-CUP 改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)基于飛秒條紋相機(jī)開(kāi)發(fā)，并采用了在斷層成像技術(shù)中使用的數(shù)據(jù)采集類型，通過(guò)計(jì)算，研究者可獲得 10 萬(wàn)億幀圖像。
展開(kāi) 基于comsol的光電半導(dǎo)體分析，光激發(fā)半導(dǎo)體載流子 ￥3200
下圖是半導(dǎo)體在飛秒激光的照射下，產(chǎn)生了電子濃度的分布。
太赫茲( Terahert,THz)通常指頻率在100GHz~10THz(對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)3m-30km)波段的電磁波,在微波和紅外光之間,它的長(zhǎng)波段與亞毫米波重疊,短波段與遠(yuǎn)紅外線重疊,處于電子學(xué)和光子學(xué)的交義領(lǐng)域。上世紀(jì)八十年代中期以前,由手缺乏有效的發(fā)射和探測(cè)太赫茲的方法,人們對(duì)于這一波段的電磁波認(rèn)識(shí)很有限,以至于人們稱這波段為“太赫茲間隙( THZ Gap)”。近年來(lái),隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的太赫茲發(fā)射器提供了基礎(chǔ),太赫茲發(fā)射技術(shù)取得了突破,太赫茲科學(xué)技術(shù)成為一個(gè)熱門研究新領(lǐng)域。
光電導(dǎo)太赫茲天線是一種最早出現(xiàn)的人工太赫茲發(fā)射器件又叫光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)。太赫茲光電導(dǎo)天線一般采用GaAs等半導(dǎo)體化合物晶體作為基底材料,以Au/Ni等金屬作為電極鍍?cè)诨撞牧仙?電極兩端加上一定的電壓形成偏置電場(chǎng)。
當(dāng)用飛秒激光脈沖照射在太赫茲光電導(dǎo)天線的基底材料表面時(shí),會(huì)使基底材料中的電子從價(jià)帶受輻射激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶上,在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生自由移動(dòng)的光生電子空穴對(duì),光生電子空穴對(duì)在外加偏置電場(chǎng)的作用下形成瞬態(tài)電流,這種在皮秒和亞皮秒級(jí)變化的電流向外輻射出太赫茲波并經(jīng)過(guò)基底背面的透鏡發(fā)射光電導(dǎo)天線的基本結(jié)構(gòu)。
太赫茲光電導(dǎo)天線的仿真計(jì)算流程如下。
需要應(yīng)用半導(dǎo)體模塊和波動(dòng)光學(xué)模塊，下圖是模型計(jì)算出來(lái)的輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化，半導(dǎo)體生成了一個(gè)20太赫茲輻射。
模型文件在文中開(kāi)頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開(kāi) 上海交大金賢敏團(tuán)隊(duì)制備出軌道角動(dòng)量波導(dǎo)光子芯片
金賢敏團(tuán)隊(duì)通過(guò)飛秒激光直寫技術(shù)制備了首個(gè)波導(dǎo)橫截面為“甜甜圈”型的三維集成的軌道角動(dòng)量波導(dǎo)光子芯片，使得軌道角動(dòng)量這一新興自由度在芯片內(nèi)操控得以在實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)。這也將促進(jìn)未來(lái)光子集成芯片上高維量子信息與高維量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的波導(dǎo)，由于其有效折射率過(guò)小而不能分開(kāi)幾乎簡(jiǎn)并的軌道角動(dòng)量模式。研究組通過(guò)三維飛秒激光直寫技術(shù)得到的“甜甜圈”波導(dǎo)可以有效地將簡(jiǎn)并的軌道角動(dòng)量模式分開(kāi)。此“甜甜圈”型波導(dǎo)是由12根相互之間有輕微重疊的波導(dǎo)和高折射率芯所組成的。通過(guò)測(cè)量從芯片出來(lái)的扭曲光與參考光的干涉以及對(duì)芯片前后的態(tài)作投影測(cè)量，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此波導(dǎo)可以高效高保真地傳輸?shù)碗A軌道角動(dòng)量模式，特別是傳輸總效率高達(dá)60%。對(duì)于高階模式，目前加工出來(lái)的波導(dǎo)，會(huì)讓其轉(zhuǎn)化為低階模式。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此波導(dǎo)也可以高保真地傳輸三比特的“qutrit”態(tài)，超越了傳統(tǒng)的兩比特的“qubit”態(tài)。這暗示著此波導(dǎo)將很有潛力可以用于高維量子態(tài)的傳輸與操控。
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超短激光與金屬材料相互作用的Comsol雙溫模型(激光燒蝕)
常用表面改性方法有化學(xué)熱處理、表面涂層、機(jī)械表面處理、激光表面改性等。激光表面改性由于具有良好的重復(fù)性、非接觸加工、實(shí)現(xiàn)小尺寸特征和高質(zhì)量精加工等特性而成為一種有前途的改性技術(shù)。</span></p><p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">本文主要目的是通過(guò)有限元建模仿真的方法，研究不同激光參數(shù)情況下超快激光與金屬材料的相互作用機(jī)理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超快激光對(duì)材料沖擊后的形貌預(yù)測(cè)。飛秒激光具有熱效應(yīng)小的特點(diǎn)，這意味著其加工精度更高，加工表面形貌在一定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐下更容易預(yù)測(cè)。</span></p><p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">在飛秒激光-物質(zhì)相互作用中，脈沖持續(xù)時(shí)間小于溫度達(dá)到平衡所需的時(shí)間。因此采用經(jīng)典熱傳導(dǎo)模型不能準(zhǔn)確描述激光持續(xù)期間的作用過(guò)程。事實(shí)上，如圖1所示，其加熱過(guò)程可以分為兩階段。第一階段對(duì)應(yīng)于電子對(duì)電子的散射時(shí)間，量級(jí)為幾十飛秒。在這一階段，能量首先被電子吸收，而不是被晶格吸收。第二階段約為幾十皮秒，對(duì)應(yīng)于能量從電子轉(zhuǎn)移到晶格系統(tǒng)。考慮這兩個(gè)時(shí)間段的分離的模型一般被稱為&ldquo;雙溫模型。
展開(kāi) 上海交大團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全球最大規(guī)模光量子計(jì)算芯片
2014年全職回國(guó)組建了“光子集成與量子信息實(shí)驗(yàn)室”并成為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展飛秒激光直寫光量子芯片研究的單位之一。經(jīng)過(guò)數(shù)年的艱辛努力，終于在光量子芯片的多層技術(shù)和集成上實(shí)現(xiàn)了超越，成為少有的同時(shí)具有光量子芯片制備技術(shù)和量子信息研究背景的團(tuán)隊(duì)。
必須指出的是，光量子芯片的研發(fā)仍然處于早期階段，仍然需要在損耗、精度和可調(diào)控能力等各項(xiàng)指標(biāo)上，在材料、工藝和混合芯片構(gòu)架上，以及在與量子計(jì)算、量子通信和量子精密測(cè)量系統(tǒng)融合上開(kāi)展大量研究，扎實(shí)推進(jìn)，構(gòu)建尺度和復(fù)雜度上都達(dá)到全新水平的光量子系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)性地推動(dòng)新物理的探索和量子信息技術(shù)的實(shí)用化。
金賢敏表示基于光量子芯片中的大規(guī)模量子演化系統(tǒng)，在量子隨機(jī)行走的問(wèn)題上超過(guò)了經(jīng)典隨機(jī)行走的表現(xiàn)。但是要將這種超越付諸于實(shí)際應(yīng)用，還是一個(gè)艱難和漫長(zhǎng)的過(guò)程。 我們可以期待一些原理性的應(yīng)用，比如將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)排序、搜索問(wèn)題、優(yōu)化問(wèn)題等映射到二維空間隨機(jī)行走的模型，目前我們正在深度挖掘。但可以肯定的是，相比于其他量子計(jì)算概念，光量子芯片由于其高集成度和高穩(wěn)定性，更易構(gòu)建足夠復(fù)雜的專用量子計(jì)算機(jī)，用于解決一些特定實(shí)際問(wèn)題。
該研究得到上海市科委重大項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持，以及中組部青年千人計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市教委，國(guó)防科技大學(xué)高性能計(jì)算國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和上海交大致遠(yuǎn)學(xué)院、物理與天文學(xué)院的支持。
展開(kāi) 關(guān)于硅的雙溫模型comsol與matlab解以及飛秒激光燒蝕的comsol仿真。 ￥1
包含comsol的雙溫模型模擬，多脈沖雙溫模型模擬
matlab的雙溫模型（解偏微分方程方法），多脈沖雙溫模型（有限元法）
電子密度和反射率也可
晶格溫度；電子溫度，電子密度，反射率
加Q2835122836
屏幕截圖 2021-05-11 101725.png
屏幕截圖 2021-05-11 101739.png
基于comsol的飛秒激光雙溫方程燒蝕仿真 ￥1500
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</div><p><br></p><p>超短脈寬激光與物質(zhì)相互作用，一般采用雙溫方程，描述電子與晶格相互作用導(dǎo)致熱分布。方程如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201909/54026d28864e40edb4a8e462f17ae7b2.png"></p><p><br></p><p>其中Te和Tl為電子和晶格的非線性溫度，相互耦合，受到電子晶格的熱容系數(shù)、傳導(dǎo)系數(shù)等影響。</p><p>S(x,t)為在時(shí)間和空間上分布的入射高斯激光熱源，脈寬一般為飛秒級(jí)別。</p><p><br></p><p>通過(guò)comsol的PDE模塊求解，計(jì)算電子和晶格溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。
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