单光束飞秒激光诱导玻璃内部纳米光栅机理及应用研究进展

王珏晨 张芳腾 邱建荣

浙江大学材料科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室；华南理工大学材料科学与工程学院发光材料与器件国家重点实验室；浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室

[摘要]单光束飞秒激光诱导的玻璃内部纳米光栅结构自发现以来就受到了广泛的关注, 成为飞秒激光与物质相互作用研究领域的一大热点。经过十几年的发展, 这一研究方向在基础研究和应用探索方面均取得了很大的进步。主要综述了飞秒激光诱导玻璃内部自组织纳米光栅的研究现状, 围绕影响纳米光栅形成的关键参数、形成机理和应用探索等方面, 重点介绍了这一研究领域近五年来的进展, 并对当前研究中存在的问题进行了总结和对未来发展前景进行了展望。

飞秒激光直写制备内嵌微透镜、能源器件及生物传感器的研究进展

周伟平 王树同 于泳超 郑崇 李若舟 婷琇 白石 马德龙 冯国英 胡安明

北京工业大学激光工程研究院；美国田纳西大学机械航空与生物医疗工程系；四川大学电子信息学院激光微纳工程研究所；光学辐射重点实验室

[摘要]飞秒激光具有超短脉宽和极高峰值强度, 已广泛应用于精细加工与微纳制造领域。目前, 激光直写技术用于柔性器件的制备受到极大的关注。综述了激光直写技术的四个研究方向：1)激光直写微透镜用于广角成像; 2)激光制备纳米金/还原氧化石墨烯微超级电容器; 3)聚酰亚胺基体上多层超级电容器的制备; 4)电容生物传感器的激光制备。同时介绍了本课题组开展的相关研究工作,可为激光直写制备微纳结构器件的研究与应用及未来发展方向提供参考。

基于飞秒激光直写的三维高定向碳纳米管组装

龙婧 熊伟 刘莹 蒋立佳 周云申 李大卫 姜澜 陆永枫

华中科技大学武汉光电国家实验室；美国内布拉斯加林肯大学激光辅助纳米工程实验室；北京理工大学机械与车辆学院

[摘要]介绍了碳纳米管(CNTs)/聚合物复合材料分散性、定向排布和组装方面的研究进展, 并利用双光子聚合(TPP)激光直写技术,实现了多壁碳纳米管(MWNTs)在三维空间的定向排布和分子组装。通过加入硫醇分子, 提升了MWNTs/聚合物复合材料中CNTs的分散性和掺杂浓度, 增强了CNTs/聚合物复合材料在电学、光学、力学方面的性能,并成功实现了三维CNTs功能器件的制造。研究结果表明, 通过将TPP激光直写技术与热退火工艺相结合, 可以实现对CNTs簇排列方向和位置的精确控制。

飞秒激光制备微光学元件及其应用

曹小文 张雷 于永森 陈岐岱

吉林大学机械科学与工程学院；集成光电子学国家重点联合实验室，吉林大学电子科学与工程学院

[摘要]近年来, 微光学元件的制备与应用受到人们的广泛关注。微光学元件体积小、重量轻及制造成本低, 并且易于与微机电系统相集成, 能够实现普通光学元件难以实现的功能, 在光纤通信、信息处理、航空航天、生物医学、激光技术、光计算等领域, 突显出重要的应用价值。飞秒激光因其超短的脉冲宽度和超高的瞬时功率, 能够实现超高精度的微纳加工, 轻松突破衍射极限。飞秒激光加工技术对材料没有选择性, 加工过程也非常灵活, 可以进行任意复杂结构的加工, 丰富了微光学元件的制备种类。飞秒激光还能在现有结构或系统上进行集成加工, 极大扩展了微光学元件的应用。简要概述了微光学元件的优点及一些常用的制备方法, 同时对飞秒激光加工技术进行了简单概括, 对近年来飞秒激光制备各种微光学元件的实验和应用研究进行了综述, 最后对微光学元件未来的研究方向进行了预测和展望。

激光微加工技术制备生物医用器械的现状与进展

卢立斌 王海鹏 管迎春 周伟

北京航空航天大学机械工程与自动化学院；北京航空航天大学国际交叉研究院；College of Engineering, Nanyang Technological University                    

[摘要]激光微加工具有超快、超精密的特性, 在医疗器械加工中有着独特的优势, 尤其是针对具有良好生物相容性材料的微加工有着不可替代的作用。系统总结了激光微加工制备技术在生物医学领域的若干最新应用, 重点讨论了生物材料表面微加工、医学元件和血管支架微结构制备以及三维生物支架快速成型等技术, 并进一步指出现有激光微加工制备生物医用材料的局限和发展趋势。                    

双螺旋微结构的双光子聚合制备

刘力谱 张世杰 杨宏 龚旗煌 李焱                    

北京大学物理学院现代光学研究所            

[摘要]通过拉盖尔-高斯(LG)模式光束的等权重线性叠加, 制备了焦斑形貌为双螺旋的光束。选择模式面内斜率为3的直线上的5个模式进行叠加,增加了双螺旋焦斑的螺旋圈数,增强了手性并增加了谱宽, 但是同时旁瓣光较强, 双光子聚合过程中双螺旋的两个主瓣会发生粘连。提出的紧聚焦下的双高斯函数和阶跃函数相结合的优化方法, 可明显抑制旁瓣光并制备出纯相位板。将符合要求的纯相位板加载到空间光调制器中, 通过单次曝光聚合, 最终得到了高螺旋圈数且无粘连的双螺旋微结构。                    

飞秒激光诱导金属银纳米布线加工精度的研究

柳森 王欢 张永来                    

吉林大学电子科学与工程学院                  

[摘要]对飞秒激光诱导银纳米布线的加工精度进行研究,并将其应用于微纳器件的加工领域。对飞秒激光与银离子前驱体溶液的相互作用进行了实验,通过对飞秒激光功率、曝光时间、前驱体溶液中表面活性剂种类以及浓度的调控, 利用扫描电子显微镜对布线结构进行表征, 得到140 nm宽的银纳米线。利用飞秒激光制备出一组银微纳图案和微型催化反应器。该研究为银微纳结构图案制备以及复杂衬底上金属功能器件集成提供了新的技术。                    

基于空间光调制器的能量可控飞秒激光加工

饶生龙 吴培超 张晨初 胡衍雷 杨亮 劳召欣 吴东                    

中国科学技术大学精密机械与精密仪器系                    

[摘要]针对飞秒激光微纳加工技术中激光与加工样品相对运动的控制、聚焦光斑能量的控制中存在的问题, 提出一种基于硅基液晶空间光调制器动态加载计算全息图同时控制焦点位置和能量的新型加工方法。该方法通过加载叠加闪耀光栅的全息图, 控制单点运动来扫描加工二维结构,无需平台移动。进一步控制全息图的挖空区域, 可以调制入射光斑的能量, 进而控制被加工点阵的形貌。利用这一加工效应, 成功实现各种可控环状结构的加工, 并在光学显微镜下测试达到相应效果,证明这种加工方法在飞秒激光微纳加工领域具有可行性。