全飛秒激光技術(shù)

·“超快”的世界—飛秒激光技術(shù)簡介東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology目錄東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)——高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管目錄東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)——超分辨率熒光顯微技術(shù)目錄東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心一、研發(fā)中心概況二、激光及其歷史三、飛秒激光及發(fā)展四、飛秒激光特點(diǎn)與作用工程中心總建筑面積2000平方米，布局合理研發(fā)設(shè)備齊全，總價(jià)值1000萬元隸屬于東莞理工學(xué)院光電信息工程與技術(shù)方向人員共23人，其中正高1人，副高10人，博士13人激光加工工程中心LED開發(fā)與檢測中心太赫茲檢測實(shí)驗(yàn)室光電材料制備與表征實(shí)驗(yàn)室光通信實(shí)驗(yàn)中心一、中心概況—中心簡介東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心一、中心概況—發(fā)展歷史東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2003起初隸屬于電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科光電子方向2003年10月開始建設(shè)，起初為光電信息實(shí)驗(yàn)室2009購置LED檢測、光電材料制備設(shè)備LED照明與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、新型光電材料制備等研究方向2012承擔(dān)了國家重大儀器開發(fā)專項(xiàng)飛秒激光應(yīng)用、太赫茲檢測技術(shù)等前沿研究方向二、中心概況——研究平臺(tái)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心具有LED燈具及顯示屏的設(shè)計(jì)與性能檢測等領(lǐng)域的儀器包括積分球、光色電分析系統(tǒng)、LED電源自動(dòng)測試系統(tǒng)、GO1900L燈具配光曲線測試系統(tǒng)承擔(dān)廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目1項(xiàng)，與東莞多家LED企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作1、

LED研發(fā)與檢測平臺(tái)積分球光色電分析系統(tǒng)GO1900L燈具配光曲線測試系統(tǒng)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、高功率鈦寶石飛秒激光系統(tǒng)具有國內(nèi)先進(jìn)的鈦寶石飛秒激光系統(tǒng)——包括EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器、EverBright-50鈦寶石飛秒激光放大器——開展各類超快物理、化學(xué)、生物研究以及精密加工研究——作為國家重大儀器開發(fā)專項(xiàng)太赫茲光源EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器EverBright-50鈦寶石飛秒激光放大器二、中心概況——研究平臺(tái)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心3、太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)工程中心擁有國內(nèi)為數(shù)不多的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)——國家重大儀器開發(fā)專項(xiàng)子任務(wù)——半導(dǎo)體材料太赫茲光譜檢測；——物體成像、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)內(nèi)部光路光譜數(shù)據(jù)采集及處理平臺(tái)二、中心概況——研究平臺(tái)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心工程中心具有完備的光電材料制備和測試設(shè)備——可用多種方法制備多種光電材料：固相反應(yīng)法、溶膠凝膠法、水熱法等——透射光譜測試系統(tǒng)、表面光電壓譜測試系統(tǒng)、材料發(fā)光測試系統(tǒng)、橢偏儀和X射線衍射儀等。4、光電材料制備和測試平臺(tái)高溫?zé)Y(jié)爐三靶共濺射磁控濺射儀X射線衍射儀二、中心概況——研究平臺(tái)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心光通信及光纖實(shí)驗(yàn)與科研平臺(tái)：——用全光纖放大器來代替以前的光－電－光中繼器系統(tǒng)，進(jìn)行傳輸系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)——關(guān)于光纖通信系統(tǒng)的項(xiàng)目研究構(gòu)建實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)——光子晶體光纖傳輸研究DWDM可調(diào)衰減器λ1λ2λ3λ4EFDA光譜分析儀光通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)5、光通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)光子晶體光纖傳輸研究二、中心概況——研究平臺(tái)二、激光及其歷史東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心激光——受激發(fā)射的光放大LASER——LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation1、什么是激光？東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、激光發(fā)展歷史二、激光及其歷史受激輻射理論——1916年，愛因斯坦《關(guān)于輻射的量子理論》；——提出了光的受激發(fā)射概念，奠定了激光的基礎(chǔ)。東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、激光發(fā)展歷史二、激光及其歷史1946年，瑞士科學(xué)家布洛赫（F.Bloch）觀察到了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的信號(hào)——獲得1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1951年，珀賽爾實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，觀察到了負(fù)吸收磁共振中集居數(shù)反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)布洛赫珀賽爾東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、激光發(fā)展歷史二、激光及其歷史微波量子放大器1952年，韋伯（F.Weber）提出微波激射器的原理1954年，湯斯（C.Townes）研制成功了受激輻射的微波放大裝置——與蘇聯(lián)兩位科學(xué)家獲得1964年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)G.BasovA.M.ProkhorovC.Townes東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、激光發(fā)展歷史二、激光及其歷史梅曼與紅寶石激光器1958年，肖洛和湯斯發(fā)表關(guān)于光激射器的論文1960年，梅曼在休斯實(shí)驗(yàn)室研制成功紅寶石激光器Maiman紅寶石激光器東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心2、激光發(fā)展歷史二、激光及其歷史氦氖激光器、半導(dǎo)體激光器·········1961年伊朗科學(xué)家A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導(dǎo)體激光器。氦氖激光器砷化鎵半導(dǎo)體激光器。二、激光及其歷史東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心3、結(jié)構(gòu)及其原理工作物質(zhì)：提供增益介質(zhì)泵浦源：使介質(zhì)出現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)諧振腔：增大激光能量東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心3、結(jié)構(gòu)及其原理案例：激光筆結(jié)構(gòu)圖二、激光及其歷史東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展1、飛秒激光1飛秒（Femtosecond，fs），0.000000000000001,即10-15s，1千萬億分之一秒

飛秒脈沖寬度東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒激光的發(fā)展1981年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的R.L.Fork等人首次獲得飛秒激光脈沖。1985年，獲得27fs的超短脈沖。

美國貝爾實(shí)驗(yàn)室東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒激光的發(fā)展1985年，密歇根大學(xué)D.Strickland和G.Mourou利用啁啾脈沖技術(shù)放大單脈沖能量放大至毫焦耳級(jí)乃至焦耳，光強(qiáng)可達(dá)1012W以上。

啁啾脈沖技術(shù)放大（CPA）東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒激光的發(fā)展1991年,英國的斯潘塞(D.E.Spence)等人研制出摻鈦藍(lán)寶石飛秒振蕩器氬離子激光泵浦，鈦寶石晶體，棱鏡償色散，獲得了60-fs的脈沖

摻鈦藍(lán)寶石飛秒振蕩器東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒激光的發(fā)展2000年，維也納技術(shù)大學(xué)、加拿大國家研究中心和比利斐爾德大學(xué)的研究人員組成了國際課題組首次報(bào)道了他們產(chǎn)生的單個(gè)脈沖為650as（10-18s）的X光脈沖。

阿秒脈沖寬度東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展3、企業(yè)與單位

德國，美國，英國，法國，瑞典，奧地利···TOPTICAPhotonicsAG（

Germany），

MenloSystemsGmbH（

Germany），

Thorlabs（USA）Spectra-PhysicsLasers(USA)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光特點(diǎn)與作用1、結(jié)構(gòu)與原理F-聚焦透鏡；M1、M2-凹面鏡；G-鈦寶石晶體；M3、M4、M5、M7-全反鏡；M6-輸出鏡；M8-輸出反射鏡；P1、P2-棱鏡對(duì)；RM1-爬高鏡；圖2飛秒激光振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖1飛秒激光光路原理案例：鈦寶石飛秒激光振蕩器東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒特點(diǎn)超快特性：超快激光，<10ps(皮秒，10-12s)

東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心三、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒特點(diǎn)超高功率：例：單脈沖功率1mW,脈沖寬度50fs,則：

峰值功率為1mW/50fs=100000000000W=1012W東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展2、飛秒特點(diǎn)寬頻帶：多種波長EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器中心波長800nm，帶寬30nm。東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用萬億份之一攝影飛秒攝影東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用長脈沖激光：熱相互作用，精度有限。超短脈沖激光：與分子的相互作用，極高的精度飛秒激光加工東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用集成電路的修復(fù)(IBM）東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用美國的國家點(diǎn)火設(shè)施（NationalIgnitionFacilityProject，簡稱NIF）慣性約束核聚變（ICF）快點(diǎn)火東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用飛秒激光手術(shù)飛秒激光結(jié)合準(zhǔn)分子激光技術(shù)全飛秒激光技術(shù)東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用太赫茲光譜與成像太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)太赫茲成像系統(tǒng)，東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展3、飛秒激光作用飛秒激光的超快診斷東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展附錄1：參考書籍東莞理工學(xué)院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術(shù)研究開發(fā)中心四、飛秒激光及其發(fā)展附錄2：參考文獻(xiàn)[1]黃圣鴻.摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光放大系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究.西北大學(xué)，2002；[2]張志剛，徐敏.飛秒激光脈沖技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用.激光雜志，1990，20（5）：7-13[3]張曉華，張光寅，焦志勇等.鈦寶石飛秒激光器的鎖模機(jī)理探討.物理學(xué)報(bào)，2005,54（3）：1213-1217[4]王志軍,逯美紅.飛秒鈦寶石激光器的工作原理研究.長治學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（2）：41-45[5]葉佩弦.非線性光學(xué)物理.北京：北京大學(xué)出版社，2009：200-237[6]陳國夫,程光華,令維軍.飛秒激光產(chǎn)生與放大技術(shù).紅外與激光工程，2008,137（2）：195-199[7]Z.Zhang.T.YagiT.Arisawa.Ray-tracingmodelforstretcherdispersionca