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光场调制技术在超快激光加工中的应用（特邀）

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光学学报 2024年第17期 169-190页

作者：柴源闫跃潇方红华孙洪波清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室

光场调制技术通过改变激光波前振幅、相位、偏振等信息，可以改变焦平面光场分布，实现特种加工。简要介绍了光场调制的原理，以及光场调制技术在无衍射光束加工、多焦点并行加工、图案化光场加工、矢量光场加工和光斑形貌校正等方面的... 详细信息

光场调制技术通过改变激光波前振幅、相位、偏振等信息，可以改变焦平面光场分布，实现特种加工。简要介绍了光场调制的原理，以及光场调制技术在无衍射光束加工、多焦点并行加工、图案化光场加工、矢量光场加工和光斑形貌校正等方面的研究进展和应用现状，并对光场调制的问题挑战和未来前景进行展望。

关键词：光场调制超快激光加工无衍射光束图案化光场矢量光场光斑形貌校正

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基于空间光调制器的超快激光加工原理及应用

激光与光电子学进展 2020年第11期57卷 398-412页

作者：刘思垣张静宇华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 华中科技大学信息存储系统教育部重点实验室湖北武汉430074

近年来,空间光调制器被广泛应用到超快激光加工像差校正、多焦点平行加工、二维面加工、三维体加工、脉冲时空整形、结构光加工等不同领域。对空间光调制器的原理进行了介绍,阐述了空间光调制器的全息图生成算法,并着重介绍了空间光调... 详细信息

近年来,空间光调制器被广泛应用到超快激光加工像差校正、多焦点平行加工、二维面加工、三维体加工、脉冲时空整形、结构光加工等不同领域。对空间光调制器的原理进行了介绍,阐述了空间光调制器的全息图生成算法,并着重介绍了空间光调制器在超快激光加工领域中的应用。

关键词：激光光学超快激光加工空间光调制器全息图

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“超快激光加工与微纳制造”专题前言

中国激光 2017年第1期44卷 1-2页

作者：钟敏霖李焱

激光制造技术历经多年的研究发展，涵盖了以激光表面工程、激光焊接、激光切割、激光制孔、激光标记、激光增材制造等为代表的宏观制造技术，以激光微焊接、激光精密切割、激光精密钻孔、激光烧蚀等为代表的激光微加工技术，和以飞秒激... 详细信息

激光制造技术历经多年的研究发展，涵盖了以激光表面工程、激光焊接、激光切割、激光制孔、激光标记、激光增材制造等为代表的宏观制造技术，以激光微焊接、激光精密切割、激光精密钻孔、激光烧蚀等为代表的激光微加工技术，和以飞秒激光直写、双光子聚合、干涉光刻、接触离子透镜序列、激光诱导表面纳米结构和纳米颗粒激光制备等为代表的激光微纳制造技术等广泛的研究领域。

关键词：超快激光加工微纳制造

基于CARS的超快激光加工原位自动化监控系统

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基于CARS的超快激光加工原位自动化监控系统

作者：王诚博华中科技大学

学位级别：硕士

超快激光双光子聚合(Two-Photon Polymerization,TPP)由于其真三维制造、纳米级分辨率等优点,在过去20年得到了快速的发展。传统TPP表征大多基于非原位表征,科研人员往往在加工后需要经过繁琐的后处理操作才能对样品进行特性诊断,大大... 详细信息

超快激光双光子聚合(Two-Photon Polymerization,TPP)由于其真三维制造、纳米级分辨率等优点,在过去20年得到了快速的发展。传统TPP表征大多基于非原位表征,科研人员往往在加工后需要经过繁琐的后处理操作才能对样品进行特性诊断,大大降低了TPP的研究效率。同时TPP加工系统在长时间工作过程中由于多种因素变化,导致其在大规模制造中良品率难以控制,产量受限,这些因素限制了其在科研及工业生产中的应用。相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering,CARS)作为一种特殊的非线性光学效应,拥有非标记无损、速度快、分辨率高、衬度高、特异性良好等优势,同时具备强大的原位定量表征能力。但是目前CARS在TPP领域针对原位表征研究较少,更没有实现基于CARS的自动化监控。针对上述问题,搭建了基于CARS的超快激光加工原位自动化监控系统,可在加工过程中直接提供样品的形貌以及聚合程度等结构和材料信息,并基于此进行自动化反馈调控,不仅可辅助研究加工产物CARS强度和聚合程度的关系,为加工提供指导建议,还可在长时间的连续加工过程中,稳定得到所需聚合程度的结构样品。本文主要工作内容如下:(1)搭建了超快激光CARS表征平台,并实现了和TPP加工平台的系统集成,构建了CARS原位自动化监控硬件系统。进行了前向CARS探测装置的设计和选型,以及后续的搭建和测试。该前向探测装置不仅满足使用需求,而且结构紧凑稳定,可方便进行光学显微镜观察和前向原位探测的切换。(2)设计并开发了CARS自动化监控软件,通过多种底层通信协议和仪器驱动,实现了包括相机、振镜、位移台、声光调制器的基本控制模块,进而实现包括扫场成像等表征过程中需要的复杂功能。最后通过与实验室自研的TPP加工软件进行通信,实现了自动化的微纳加工监控等复杂的多仪器联动核心功能,相较于现有研究具有一体化控制、性能优异、扩展维护性好等诸多优势。(3)实验验证了该系统的原位表征和自动化监控能力。原位表征实验表明,该系统可以不经过后处理直接通过CARS信号强度反映样品的形貌及聚合程度信息。另外,通过自动化加工以及CARS监测实验,验证了该系统可以良好地反映加工过程,并自动化获得加工功率与产物CARS强度之间的关系。最后通过自动化反馈实验,表明该系统可自动调节激光加工功率,实现特定聚合程度样品的定制化加工。本文设计并搭建了基于CARS的超快激光加工原位自动化监控系统,首次实现TPP加工与CARS表征的一体化联动与自动化反馈控制,大幅提高超快激光微纳增材制造的研究效率,保证TPP加工环境稳定性,对于TPP技术的发展具有重要意义。

关键词：超快激光加工双光子聚合相干反斯托克斯拉曼散射原位表征自动化监控前向信号探测

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可调谐超快激光贝塞尔光束加工方法研究

红外与激光工程 2024年第8期53卷 56-64页

作者：全宏升马威峰唐赞张宗全金昌骏邱丽荣徐可米赵维谦北京理工大学光电学院“复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室北京100081

为了实现高效率和加工精度可灵活调节的超快激光微器件加工,提出了一种基于可调谐贝塞尔光束的超快激光加工方法。该方法通过调节可对初级贝塞尔光束压缩的双远心光学系统压缩比,实现了超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传... 详细信息

为了实现高效率和加工精度可灵活调节的超快激光微器件加工,提出了一种基于可调谐贝塞尔光束的超快激光加工方法。该方法通过调节可对初级贝塞尔光束压缩的双远心光学系统压缩比,实现了超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离的灵活调节,其中不同压缩比的双远心光学系统通过闭环反馈控制的高分辨位移音圈致动器控制实现。理论分析和实验测试证实,在锥透镜(底角2°)和双远心光学系统(f_(1)=250 mm,f_(2)=36、18、9 mm)配合下,超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离分别为3.73μm和5.28 mm,1.86μm和1.32 mm,0.93μm和0.33 mm。同时,设计了一套贝塞尔光束检测系统,可以实现对上述设计的可调谐贝塞尔光束的精确测量。最后对厚度为1 mm的熔融石英样品进行了打孔实验,实验结果表明熔融石英上的表面微孔直径与设计的贝塞尔光束的中心主瓣直径相符。该研究内容为实现高精密高效超快激光加工提供了一种新方法,具备工程化价值。

关键词：超快激光加工贝塞尔光束双远心光学系统音圈致动器

基于专利分析的超快激光加工技术竞争态势研究

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中国发明与专利 2020年第8期17卷 60-67页

作者：许轶许婧中国科学院成都文献情报中心成都610041

以Derwent Innovation数据库收录的专利文献为基础,本文研究了全球超快激光加工领域专利申请的整体态势、重点技术布局、区域布局和主要申请人竞争力,全面揭示了该领域的技术创新现状和竞争态势。研究发现:超快激光加工技术正处于快速... 详细信息

以Derwent Innovation数据库收录的专利文献为基础,本文研究了全球超快激光加工领域专利申请的整体态势、重点技术布局、区域布局和主要申请人竞争力,全面揭示了该领域的技术创新现状和竞争态势。研究发现:超快激光加工技术正处于快速发展阶段;激光器、控制系统和加工应用三个方向是研发热点;中、日、美、德既是主要技术来源地,又是主要的技术目标地;日、美、德重视全球专利技术布局,中国专利数量较多但大都集中于国内;日本爱信精机公司具有较强的专利实力,中国机构进入时间较晚,但发展较快。

关键词：超快激光加工微加工竞争态势专利分析

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基于超快激光的PCD超硬材料加工研究

电加工与模具 2023年第5期 44-48页

作者：郝生财曹康王海滨贾云海郭建梅北京市电加工研究所有限公司电火花加工技术北京市重点实验室北京100191 北京城市学院北京100083

选取聚晶金刚石(PCD)为研究对象,利用1064 nm皮秒激光采用不同激光功率、重复频率、加工速度、填充线宽、加工次数等参数进行加工,并对各区域的加工深度和烧蚀现象进行观测。结果表明,不同激光参数对PCD的烧蚀程度不同,其加工深度与激... 详细信息

选取聚晶金刚石(PCD)为研究对象,利用1064 nm皮秒激光采用不同激光功率、重复频率、加工速度、填充线宽、加工次数等参数进行加工,并对各区域的加工深度和烧蚀现象进行观测。结果表明,不同激光参数对PCD的烧蚀程度不同,其加工深度与激光功率和加工次数呈正相关,与加工速度和填充线宽呈负相关。此外,加工PCD后出现了石墨化现象,证明皮秒激光对PCD超硬材料的烧蚀机制为石墨化机制。

关键词：超快激光加工聚晶金刚石超硬材料

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基于超快激光光刻的有源铌酸锂光子集成

光学学报 2023年第16期43卷 209-232页

作者：汪旻乔玲玲方致伟林锦添伍荣波陈锦明刘招祥张海粟程亚华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室上海200241 华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200241 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800

光子集成器件以极低的成本和功耗实现覆盖从光源、调制、非线性频率转换、光放大到光探测的全功能单片集成,对光电信息处理系统产生显著而深远的影响,并推动一系列诸如高速通信、人工智能、量子信息,以及精密测量等重大应用领域的持续... 详细信息

光子集成器件以极低的成本和功耗实现覆盖从光源、调制、非线性频率转换、光放大到光探测的全功能单片集成,对光电信息处理系统产生显著而深远的影响,并推动一系列诸如高速通信、人工智能、量子信息,以及精密测量等重大应用领域的持续发展。近年来,铌酸锂薄膜光子器件得益于离子揭膜技术和微纳刻蚀工艺的进步,以宽的工作窗口、低的传输损耗、大的调制带宽、高的非线性光学转换效率和兼容大规模光子集成等优点,在集成光子学领域占据重要一席之地。本文介绍了利用超快激光光刻结合化学机械抛光技术在掺杂有源发光稀土离子的铌酸锂薄膜衬底上实现片上激光与光放大的最新进展,包括在波导放大器中实现了超过20 dB的最大内部净增益,并且在高品质铌酸锂微盘中演示了具有454.7 Hz窄线宽的电光可调谐单频激光器,演示了单片集成的电驱动微环激光器,以及连续光刻方式实现的无源/有源混合集成器件。

关键词：集成光学超快激光加工铌酸锂光放大器光源稀土掺杂材料

基于飞秒激光诱导双折射效应的时间胶囊的制备(特邀)

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光子学报 2021年第6期50卷 58-65页

作者：王琳樊华李臻赜王熠胥亦实王磊陈岐岱吉林大学电子科学与工程学院长春130012 清华大学精密仪器系北京100000

利用双折射显微镜和光学显微镜研究了飞秒激光石英材料内部诱导的双折射效应。结果表明,双折射的光学延迟量随脉冲数的增加而增加,并出现两种双折射结构。其中Type X结构需要至少20个脉冲,单脉冲能量不高于854 nJ,脉冲宽度不低于300 fs... 详细信息

利用双折射显微镜和光学显微镜研究了飞秒激光石英材料内部诱导的双折射效应。结果表明,双折射的光学延迟量随脉冲数的增加而增加,并出现两种双折射结构。其中Type X结构需要至少20个脉冲,单脉冲能量不高于854 nJ,脉冲宽度不低于300 fs且不高于600 fs。此外,以"光子学报"等汉字为例,阐述了激光诱导双折射的数据存储过程,制备了包涵吉林省省史省情、吉林大学校史、清华大学校史的数据存储时间胶囊样品。

关键词：超快激光光存储超快激光加工双折射效应数据存储