飞秒激光简介 PPT课件

,“超快”的世界飞秒激光技术简介,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,黄晓园2014年9月18日,2020/5/3,1,专业：光信息科学与技术2009级曾任:第五届讲师团学生讲师11级电子5班助理班主任亚运会东莞赛区志愿者班长、团总支干事教研室:光电信息教研室,微信、QQ：1260851762邮箱:huangxyiemail,Introducemyself,黄晓园,2020/5/3,2,目录,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2014诺贝尔物理学奖高亮度蓝色发光二极管,2020/5/3,3,目录,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2014诺贝尔化学奖超分辨率荧光显微技术,2020/5/3,4,目录,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2020/5/3,5,工程中心总建筑面积2000平方米，布局合理研发设备齐全，总价值1000万元,隶属于东莞理工学院光电信息工程与技术方向人员共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开发与检测中心太赫兹检测实验室光电材料制备与表征实验室光通信实验中心,一、中心概况中心简介,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2020/5/3,6,一、中心概况发展历史,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2020/5/3,7,二、中心概况研究平台,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,具有LED灯具及显示屏的设计与性能检测等领域的仪器包括积分球、光色电分析系统、LED电源自动测试系统、GO1900L灯具配光曲线测试系统承担广东省战略性新兴产业项目1项，与东莞多家LED企业进行产学研合作,1、LED研发与检测平台,积分球,光色电分析系统,GO1900L灯具配光曲线测试系统,2020/5/3,8,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、高功率钛宝石飞秒激光系统,具有国内先进的钛宝石飞秒激光系统包括EverFemto-30钛宝石飞秒振荡器、EverBright-50钛宝石飞秒激光放大器开展各类超快物理、化学、生物研究以及精密加工研究作为国家重大仪器开发专项太赫兹光源,EverFemto-30钛宝石飞秒振荡器,EverBright-50钛宝石飞秒激光放大器,二、中心概况研究平台,2020/5/3,9,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,3、太赫兹时域光谱系统,工程中心拥有国内为数不多的太赫兹时域光谱系统国家重大仪器开发专项子任务半导体材料太赫兹光谱检测；物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、卫星通信等领域。,太赫兹时域光谱系统内部光路,光谱数据采集及处理平台,二、中心概况研究平台,2020/5/3,10,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,工程中心具有完备的光电材料制备和测试设备可用多种方法制备多种光电材料：固相反应法、溶胶凝胶法、水热法等透射光谱测试系统、表面光电压谱测试系统、材料发光测试系统、椭偏仪和X射线衍射仪等。,4、光电材料制备和测试平台,高温烧结炉,三靶共溅射磁控溅射仪,X射线衍射仪,二、中心概况研究平台,2020/5/3,11,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,光通信及光纤实验与科研平台：用全光纤放大器来代替以前的光电光中继器系统，进行传输系统的实验关于光纤通信系统的项目研究构建实验研究平台光子晶体光纤传输研究,光通信系统实验研究平台,5、光通信系统实验研究平台,光子晶体光纤传输研究,二、中心概况研究平台,2020/5/3,12,二、激光及其历史,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,激光受激发射的光放大LASERLightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation,1、什么是激光？,2020/5/3,13,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、激光发展历史,二、激光及其历史,受激辐射理论1916年，爱因斯坦关于辐射的量子理论；提出了光的受激发射概念，奠定了激光的基础。,2020/5/3,14,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、激光发展历史,二、激光及其历史,1946年，瑞士科学家布洛赫（F.Bloch）观察到了粒子数反转的信号获得1952年诺贝尔物理学奖,1951年，珀赛尔实现了粒子数反转，观察到了负吸收,磁共振中集居数反转的实现,布洛赫,珀赛尔,2020/5/3,15,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、激光发展历史,二、激光及其历史,微波量子放大器,1952年，韦伯（F.Weber）提出微波激射器的原理1954年，汤斯（C.Townes）研制成功了受激辐射的微波放大装置与苏联两位科学家获得1964年诺贝尔物理学奖,G.Basov,A.M.Prokhorov,C.Townes,2020/5/3,16,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、激光发展历史,二、激光及其历史,梅曼与红宝石激光器,1958年，肖洛和汤斯发表关于光激射器的论文1960年，梅曼在休斯实验室研制成功红宝石激光器,Maiman,红宝石激光器,2020/5/3,17,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,2、激光发展历史,二、激光及其历史,氦氖激光器、半导体激光器,1961年伊朗科学家A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。,氦氖激光器,砷化镓半导体激光器。,2020/5/3,18,二、激光及其历史,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,3、结构及其原理,工作物质：提供增益介质泵浦源：使介质出现粒子反转谐振腔：增大激光能量,2020/5/3,19,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,3、结构及其原理,案例：激光笔结构图,二、激光及其历史,2020/5/3,20,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,1、飞秒激光,1飞秒（Femtosecond，fs），0.000000000000001,即10-15s，1千万亿分之一秒,飞秒脉冲宽度,2020/5/3,21,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,2、飞秒激光的发展,1981年，美国贝尔实验室的R.L.Fork等人首次获得飞秒激光脉冲。1985年，获得27fs的超短脉冲。,美国贝尔实验室,2020/5/3,22,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,2、飞秒激光的发展,1985年，密歇根大学D.Strickland和G.Mourou利用啁啾脉冲技术放大单脉冲能量放大至毫焦耳级乃至焦耳，光强可达1012W以上。,啁啾脉冲技术放大（CPA）,2020/5/3,23,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,2、飞秒激光的发展,1991年,英国的斯潘塞(D.E.Spence)等人研制出掺钛蓝宝石飞秒振荡器氩离子激光泵浦，钛宝石晶体，棱镜偿色散，获得了60-fs的脉冲,掺钛蓝宝石飞秒振荡器,2020/5/3,24,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,2、飞秒激光的发展,2000年，维也纳技术大学、加拿大国家研究中心和比利斐尔德大学的研究人员组成了国际课题组首次报道了他们产生的单个脉冲为650as（10-18s）的X光脉冲。,阿秒脉冲宽度,2020/5/3,25,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,3、企业与单位,德国，美国，英国，法国，瑞典，奥地利TOPTICAPhotonicsAG（Germany），MenloSystemsGmbH（Germany），Thorlabs（USA）Spectra-PhysicsLasers(USA),2020/5/3,26,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光特点与作用,1、结构与原理,F-聚焦透镜；M1、M2-凹面镜；G-钛宝石晶体；M3、M4、M5、M7-全反镜；M6-输出镜；M8-输出反射镜；P1、P2-棱镜对；RM1-爬高镜；,图2飞秒激光振荡器内部结构示意图,图1飞秒激光光路原理,案例：钛宝石飞秒激光振荡器,2020/5/3,27,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,2、飞秒特点,超快特性：超快激光，10ps(皮秒，10-12s),2020/5/3,28,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,三、飞秒激光及其发展,2、飞秒特点,超高功率：,例：单脉冲功率1mW,脉冲宽度50fs,则：峰值功率为1mW/50fs=100000000000W=1012W,2020/5/3,29,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,2、飞秒特点,宽频带：多种波长,EverFemto-30钛宝石飞秒振荡器中心波长800nm，带宽30nm。,2020/5/3,30,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,万亿份之一摄影,飞秒摄影,2020/5/3,31,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,长脉冲激光：热相互作用，精度有限。超短脉冲激光：与分子的相互作用，极高的精度,飞秒激光加工,2020/5/3,32,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,集成电路的修复(IBM）,2020/5/3,33,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,美国的国家点火设施（NationalIgnitionFacilityProject，简称NIF）,惯性约束核聚变（ICF）快点火,2020/5/3,34,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,飞秒激光手术飞秒激光结合准分子激光技术全飞秒激光技术,2020/5/3,35,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,太赫兹光谱与成像太赫兹时域光谱系统太赫兹成像系统，,2020/5/3,36,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,3、飞秒激光作用,飞秒激光的超快诊断,2020/5/3,37,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,附录1：参考书籍,2020/5/3,38,東莞理工學院,DongguanUniversityofTechnology,光电信息工程技术研究开发中心,四、飞秒激光及其发展,附录2：参考文献,1黄圣鸿.掺钛蓝宝石飞秒激光放大系统的理论与实验研究.西北大学，2002；2张志刚，徐敏.飞秒激光脉冲技术的发展和应用.激光杂志，1990，20（5）：7-133张晓华，张光寅，焦志勇等.钛宝石飞秒激光器的锁模机理探讨.物理学报，2005,54（3）：1213-12174王志军,逯美红.飞秒钛宝石激光器的工作原理研究.长治学院学报，2008，25（2）：41-455叶佩弦.非线性光学物理.北京：北京大学出版社，2009：200-2376陈国夫,程光华,令维军.飞秒激光产生与放大技术.红外与激光工程，2008,137（2）：195-1997Z.Zhang.T.YagiT.Arisawa.Ray-traci