激光技术及其应用.ppt

激光技术及其应用,电子工程学院2015年1月18日,1,主要内容,飞秒激光技术激光与物质相互作用机理微纳加工应用出访院校介绍溅射沉积镀膜技术激光雷达技术总结与期望,飞秒激光的主要特点,具有激光的共同特点，同时1.超短脉冲1fs=10-15s2.超强功率（瞬时功率，可达到百万亿瓦）当它被聚焦到亚微米的空间区域，激光电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。,1、飞秒激光技术,SallieGardnerRunning,脉冲宽度极短,1、飞秒激光技术,TimeMicroscopyfemtosecondlaser,AhmedH.Zewail1999NobelPrizeFemto-Chemistry,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,飞秒激光,飞秒激光的产生,超快科学（探测认识某些超快物理过程）物理化学生物学,超快技术电子学（光电取样）光通讯成像共焦显微OCT,飞秒激光的放大,超快超强科学（创造一个极端物理条件）飞秒等离子体强场下电子的相对论运动Selfchanneling相对论自聚焦千兆巴激光压力尾场等离子体波,未来科学技术新突破,未来科学技术新突破,飞秒相干x射线及x激光（高次谐波，汤姆逊效应）x光显微术,x光印刷术,x光照相激光热核聚变快速点火激光粒子加速器THz毫米波技术云层放电,超高速计算机超高速光通讯生物技术（合成生物分子）医学（OCT）微加工技术,1、飞秒激光技术,1飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,抽运光功率提高到后，压缩后脉冲宽度为，此时脉冲宽度最窄，单脉冲能量为，峰值功率,1、飞秒激光技术,1、飞秒激光技术,2、激光与物质相互作用机理,与金属作用的双温方程模型与聚合材料作用的n光子吸收模式与电介质相互作用的动力学方程,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,1975、S.I.Anisimovet.al从一维非稳态热传导方程出发，考虑到超强脉冲时光子与电子及电子与晶格两种不同的相互作用过程，列出了电子与晶格的温度变化微分方程，即双温方程：,2、激光与物质相互作用机理,1975、S.I.Anisimovet.al从一维非稳态热传导方程出发，考虑到超强脉冲时光子与电子及电子与晶格两种不同的相互作用过程，列出了电子与晶格的温度变化微分方程，即双温方程：,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,2、激光与物质相互作用机理,与金属作用的双温方程模型与聚合材料作用的n光子吸收模式与电介质相互作用的动力学方程,3、微纳加工应用,3、微纳加工应用,3、微纳加工应用树脂材料,3、微纳加工应用树脂材料,3、微纳加工应用树脂材料,3、微纳加工应用玻璃,Glasswaveguide,Gridstructuresinsoda-limeglass,Micro-channelsforopticalswitch,3、微纳加工应用金属,20-umstainlesssteelCutwidth:10um,S.Steel:20um/50um,300umthicknitinol,50umslot,Copper:topview(left)andX-view30um/1300um,3、微纳加工应用其他,3、微纳加工应用其他,3、微纳加工应用其他,3、微纳加工应用其他,飞秒激光在PMMA材料内部加工三维点阵下层点列（脉冲能量:2.87nJ）,3、微纳加工应用其他,3、微纳加工应用其他,3、微纳加工应用其他,4、出访院校介绍,原则已有交流基础或合作关系通过联系人介绍自己联系,NaplesandtheUniversityFedericoII,Naples,Viewofthegulf,Asquare,Asmallstreet,UniversityFedericoII,Nowadaystheuniversityismadeupofthirteenschools,eightytwodepartments,anacademicstaffofmorethan3,120individualsandanadministrativestaffofmorethan4,500.Currentstudentenrollmentisstillabout97,000.,课题背景,中国意大利合作项目研究人员往来政府资助基金（GrantNo.N10MO2）:Ultrafastlaserablationofsolidtargetsandnanoparticlessynthesis，2010.12012.12,课题背景,CNR-SPIN:意大利国家研究委员会-超导与新材料器件研究所MaMafund,课题背景,CNR-SPIN:意大利国家研究委员会-超导与新材料器件研究所MaMafund,课题背景,CNR-SPIN:意大利国家研究委员会-超导与新材料器件研究所MaMafund,课题背景,ChinaNationalScholarshipFund,5溅射沉积镀膜技术,5溅射沉积镀膜技术,OtherfieldsofapplicationLIBSformaterialanalysisIonbeamgenerationEUVlightgenerationm-thrusterforsatellites3Dstructuring(dielectrics)Templatesforcellgrowth.,实验条件介绍,5实验条件介绍-Stefanno,实验条件介绍-Saleno,实验条件介绍-DTU-1,JrgenSchou,NiniPryds(HeadofSection),主要科研工作,完成金属（Cu、Fe）、半导体（Si）以及化合物（TiO2）样品的烧蚀电子、离子空间时域分布进行分析以及纳米颗粒沉积特性实验研究；与丹麦技术大学（TechnicalUniversityofDenmark）光子工程系（DepartmentofPhotonicsEngineering）和能量转换与存贮系（DepartmentofEnergyConversionandStorage）开展纳秒激光与蛋白质（Protein）作用烧蚀阈值实验和纳秒激光与Al2O3作用是等离子羽状物的空间分布以及飞行光谱的采集与处理实验分析研究；利用业余时间积极开展第二科研方向Caliposo激光雷达信号数据处理工作。,Photoofasilverfsablationplume,.atlatertime,5溅射沉积镀膜技术,5溅射沉积镀膜技术,5.1Langmuirprobe探测离子实验研究,5.1Langmuirprobe探测离子实验研究,激光脉冲能量为10.7J/cm2时铜离子时间飞行（TOF）不同角度电压和电流强度曲线,5.2等离子体ICCD分析研究,5.2等离子体ICCD分析研究,5.2等离子体ICCD分析研究,Ahigh-mobilitytwo-dimensionalelectrongasatthespinel/perovskiteinterfaceof-Al2O3/SrTiO3,Y.Z.Chen,2013,NatureCommunications,5.2等离子体ICCD分析研究,Ahigh-mobilitytwo-dimensionalelectrongasatthespinel/perovskiteinterfaceof-Al2O3/SrTiO3,Y.Z.Chen,2013,NatureCommunications,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,ListofmaterialsAl,Ag,Au,Cu,Pd,Ni,Co,Fe,Mn,Si,Ge,NiFe,CoCu,SmCo,AlN,CdS,ZnS,TiO2,ZnO,VO2,LSMO,TbDyFe,!?Whatisnext?!,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,NPshapeatAFM,Equivalentsphere,oblateellipsoidwithvolumeV,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,NPshapeatAFM,Equivalentsphere,oblateellipsoidwithvolumeV,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,脉冲能量为2.23mJ时曝光10s的纳米颗粒AFM扫描图像,脉冲能量为2.23mJ，能流密度为10.7J/cmP2P时曝光10s的纳米颗粒AFM统计图,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,AFMimageofthefilm,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,HysteresisloopofaNickelNPs-assembledfilm,AFMimageofanickelNPs-assembledfilm.,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,1mm,Photoluminescence,5.3沉积纳米颗粒及薄膜实验研究,LaserInducedPeriodicSurfaceStructuresThereisnogeneralconsensusontheoriginofripples(LIPSS).Themostconsideredexplanationisbasedonaninterferencebetweentheincidentbeamandascatteredsurfacewave(alsoinformofSurfacePlasmonPolariton)inducedbythesurfaceroughness.,Ripples,5.4不同波长纳秒、飞秒激光与蛋白质（Lysozyme）作用时烧蚀效率的实验研究,近红外激光烧蚀效率和能流密度关系曲线（a）飞秒激光实验结果（1054nm）（b）纳秒激光实验结果（1064nm，Danmark）,6激光雷达技术,Lidarstandsforlightdetectionandrangingandisaradar-related(radiowavedetectionandranging)methodtoremotelymeasureatmosphericparameters.Lidarsystemssendoutlaserpulsesanddetectthebackscatteredradiation.Fromthesignalstimedelayandthespeedoflight,thedistancefromthebackscatterlocationcanbedetermined.,6激光雷达技术,P0:LaserpowerA:Telescopeareah:Overlapfunctionb:Backscatteringcoefficienta:ExtinctioncoefficientLidarequation(singlescattering):,6激光雷达技术,BackscatteringLidar(mono-,multi-wavelengths)Scanning,VolumeImaging,Depolarization,FluorescenceAerosol,Cloud,Dust,Organicdust,RamanLidar,HighSpectralResolutionLidarAerosol,Cloud,DustWatervapor,Temperature,DIALLidarPollutionmolecules(SO2,CO,CO2,NO2,NO,),O3,DopplerLidarWindspeedprofile,ClassificationbyPrinciple:,GroundbasedAtmosphereprofile,3D,localAirbornelargearea,Atmosphere,Earthandseasurface,SeabottomSpaceborneglobal,ClassificationbyPlatform:,6激光雷达技术,3DscanningLidar,6激光雷达技术,3DscanningLidar,6激光雷达技术,SpectroscopyanalysisLidar,6激光雷达技术,CharacteristicsofBackscatterLidarSystem,6激光雷达技术,RamanLidarMulti-wavelength,DifferentialAbsorptionLidar(DIAL),AirborneLidarSystem,6激光雷达技术,AirborneLidarSystem,6激光雷达技术,6激光雷达技术,CALIPSO卫星主要载荷包括：,正交偏振云和气溶胶激光雷达CALIOP宽视场相机WFC成像红外辐射计IIR,CALIP是一台偏振敏感双波长（532nm/1064nm）激光雷达,92,Caliop激光雷达,CALIPSO卫星在轨道上的运行速度是7km/秒,93,CALIOP发射接收系统光学路径,94,6激光雷达技术,96,数据空间分辨率,6激光雷达技术,6激光雷达技术,5Xbeamexpanders,NapoliLidarExperimentalSetup,SummaryofMulti-wavelengthRamanLidar,PBLdevelopment,LidarCharacterizationofVolcanicDust,Mt.EtnaEruptionEvents(July-August2001),发表论文成果,106,ConferenceofLaserAblation-COLA,2013.10.06-11,发表论文成果,1.LixiaSang,HongjieZhang,XiaochangNi,K.K.Anoop,RosalbaFittipaldi,XuanWang,SalvatoreAmoruso,Hydrogen-evolvingphotoanodeofTiO2nanoparticlesfilmdepositedbyafemtosecondlaser,InternationalJournalofHydrogenEnergy,2015,40(1):779-7852.YaoHuan,NiXiaochang,WangXuan,LiTong,XuLijuan,SongZhenming.TherelevantresearchonAODandconcentrationofPM2.5pollutantA;TheSecondInternationalConferenceonFrontiersinOpticalImagingTechnologyandApplicationC;20143.XiaochangNi,LixiaSang,HongjieZhang,AnoopK.K.,S.Amoruso,XuanWang,R.Fittipaldi,TongLi,MinglieHu,LijuanXu,FemtosecondlaserdepositionofTiO2nanoparticle-assembledfilmswithembeddedCdSnanoparticles,OptoelectronicsLetters.10（1）43-46，20144.XiaochangNi,K.K.Anoop,X.Wang*,D.Paparo,S.Amoruso,R.Bruzzese,Dynamicsoffemtosecondlaser-producedplasmaions,AppliedPhysicsA,2014,117:1111155.XiaochangNi*,AnoopK.K,MarioBianco,SalvatoreAmoruso,XuanWang,TongLi,MinglieHu,ZhenmingSong,Iondynamicsinultrafastlaserablationofacoppertarget,ChineseOpticsLetters,2013,11(9):093201-56.D.K.Pallotti,X.Ni,R.Fittipaldi,X.Wang,S.Lettieri,A.Vecchione&S.Amoruso,Laserablationanddepositionoftitaniumdioxidewithultrashortpulsesat527nm,Appl.Phys.B,2015,s00340-015-6024-17.K.K.Anoop,XiaochangNi,XuanWang,RiccardoBruzzese,andSalvatoreAmoruso,SpectrallyResolvedImagingofUltrashortLaserProducedPlasma,IEEETRANSACTIONSONPLASMASCIENCE,2014,VOL.42,NO.10:2698-26998.K.K.Anoop,XiaochangNi,SalvatoreAmoruso,XuanWang,RiccardoBruzzese,Fastionsgenerationinfemtosecondlaserablationofasolidmetallictarget,LaserPhys.24(2014)105902(6pp)9.K.K.Anoop,XiaochangNi,M.Bianco,M.Paparo,X.Wang,R.Bruzzese,S.Amoruso,Two-dimensionalimagingofatomicandnanoparticlecomponentsincopperplasmaplumeproducedbyultrafas