1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心,北京 100083
3 中央民族大学 理学院,北京 100081
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院,北京 100049
透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al2O3、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。
超快激光 硬脆材料 剥离 非线性吸收 缺陷扩展 光场调控 ultrafast laser hard and brittle materials splitting nonlinear absorption defect extension optical field modulation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230487
福耀高性能玻璃科技(福建)有限公司, 福清 350301
超短脉冲激光因具有加工精度高、热影响区小、效率高等优点, 在玻璃焊接领域有着广阔的发展前景。在实际场景中玻璃往往通过强化提升自身强度, 以满足其应用的可靠性。本文利用红外超短脉冲激光成功实现化学钢化玻璃之间的焊接, 通过显微镜观察焊点形状, 总结出了焊接功率、频率、速度与焊点尺寸的回归方程, 并验证了回归方程的准确性。结果表明: 在焊接频率为500 kHz、焊接速度为10 mm/s条件下, 随着焊接功率升高, 焊接化学钢化玻璃的机械强度先增大后减小, 化学钢化玻璃焊接剪切应力最大可达1109 MPa, 拉伸应力最大可达7.10 MPa; 激光焊接时化学钢化玻璃不仅受到本身热膨胀的压力还叠加了张应力, 更容易造成周围区域的破坏。
化学钢化玻璃 玻璃焊接 红外飞秒激光 机械强度 非线性吸收 热膨胀 chemically tempered glass glass welding infrared femtosecond laser mechanical strength nonlinear absorption thermal expansion
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
In this study, a batch of indium tin oxide (ITO)/Sn composites with different ratios was obtained based on the principle of thermal evaporation by an electron beam. The crystalline structure, surface shape, and optical characterization of the films were researched using an X-ray diffractometer, an atomic force microscope, a UV-Vis-NIR dual-beam spectrophotometer, and an open-hole Z-scan system. By varying the relative thickness ratio of the ITO/Sn bilayer film, tunable nonlinear optical properties were achieved. The nonlinear saturation absorption coefficient maximum of the ITO/Sn composites is , approximately 21 and 1.72 times more enhanced compared to monolayer ITO and Sn, respectively. Moreover, the improvement of the sample nonlinear performance was verified using finite-difference in temporal domain simulations.
ITO/Sn composite film Z-scan nonlinear absorption characteristic synergistic effect electric field enhancement Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081902
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071001
光子学报
2022, 51(10): 1019002
1 西南石油大学信息学院,四川 南充 637001
2 四川大学物理学院,四川 成都 610064
利用Z扫描技术研究了曙红Y、酞菁锌、曙红Y/酞菁锌复合薄膜的非线性吸收特性。在脉冲能量为130 μJ、脉宽为4 ns、波长为532 nm的激光作用下,实验显示曙红Y具有较强的饱和吸收,酞菁锌具有较强的反饱和吸收,吸收特性随着质量分数的增加而增强,重复测试表明两者都具有良好的稳定性。曙红Y/酞菁锌复合的聚乙烯醇(PVA)薄膜兼备饱和吸收与反饱和吸收特性,通过调整质量分数配比可调控透过率,调节材料的非线性吸收系数,实现材料限幅特性的“加法”。此种复合材料可用于新型光限幅器和光开关等光学器件。
非线性光学 曙红Y/酞菁锌复合薄膜 可调节非线性吸收 Z扫描技术 光学学报
2022, 42(22): 2219003
Author Affiliations
Abstract
1 Laser Engineering Group, School of Engineering, University of Liverpool, Liverpool, L69 3GQ, United Kingdom
2 Laser Processing Research Centre, School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, University of Manchester, Manchester M13 9PL, United Kingdom
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The optical nonlinearity in polycrystalline zinc selenide (ZnSe), excited with 775 nm, 1 kHz femtosecond laser pulses was investigated via the nonlinear transmission with material thickness and the Z scan technique. The measured two photon absorption coefficient β was intensity dependent, inferring that reverse saturated absorption (RSA) is also relevant during high intensity excitation in ZnSe. At low peak intensity I < 5 GW cm –2, we find β = 3.5 cm GW–1 at 775 nm. The spectral properties of the broad blueish two-photon induced fluorescence (460 nm-500 nm) was studied, displaying self-absorption near the band edge while the upper state lifetime was measured to be τe ~ 3.3 ns. Stimulated emission was observed when pumping a 0.5 mm thick polycrystalline ZnSe sample within an optical cavity, confirmed by significant line narrowing from Δλ = 11 nm (cavity blocked) to Δλ = 2.8 nm at peak wavelength λp = 475 nm while the upper state lifetime also decreased. These results suggest that with more optimum pumping conditions and crystal cooling, polycrystalline ZnSe might reach lasing threshold via two-photon pumping at λ = 775 nm.
ZnSe femtosecond laser nonlinear absorption stimulated emission fluorescence Opto-Electronic Advances
2022, 5(1): 210036
1 浙江传媒学院 媒体工程学院,浙江 杭州 310018
2 北京市计量检测科学研究院,北京 100029
3 黑龙江大学 电子工程学院,黑龙江 哈尔滨 150080
CdTe核壳结构半导体量子点具有特殊的非线性光学和超快动力学特性,使其在太阳能电池、光电子器件、生物标记和光纤传感领域有着广泛的应用前景。主要研究了6种不同核心尺寸、不同壳层厚度CdTe/CdS核壳结构半导体量子点的非线性光学和超快动力学特性。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs激光脉冲作用下采用Z-Scan技术测量了样品的非线性吸收和非线性折射系数。实验结果表明,CdTe/CdS核壳结构量子点的壳层厚度影响非线性吸收和非线性折射特性,非线性吸收和非线性折射系数均随壳层厚度增加而增大。核心尺寸主要影响非线性吸收特性,非线性吸收系数随核心尺寸的增大而减小。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs、频率1 kHz、单脉冲能量400 nJ条件下采用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术测量了样品的超快动力学特性,得到了瞬态吸收光谱和超快动力学曲线。结果表明漂白信号上升过程时间随壳层厚度的增加而变大。快过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大,同时随着核心尺寸增加而增长;慢过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大。研究揭示了CdTe核壳结构量子点的核心尺寸、壳层厚度对非线性光学和超快动力学的影响规律,为核壳结构量子点的制备和光物理特性研究提供了理论基础。
CdTe/CdS quantum dots nonlinear absorption nonlinear refraction ultrafast dynamics exciton lifetime CdTe/CdS量子点 非线性吸收 非线性折射 超快动力学 激子寿命 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200342
北达克达州立大学 化学与生物化学系,美国 北达克达州法戈市 58108-6050
本文总结了2003~2019年报道的联三吡啶铂(Ⅱ)配合物的反饱和吸收或双光子吸收及光限幅研究进展,并对这类配合物的光物理特性,包括基态吸收?激发态吸收?激发态寿命和三重态量子产率?在532 nm的反饱和吸收或光限幅,在近红外光区的双光子吸收,以及构效关系进行了评估。首先介绍了目前光限幅材料和器件的研究现状,对反饱和吸收和双光子吸收材料的基本要求,以及平面正方形铂(Ⅱ)配合物的种类和特性;其次讨论了六个系列联三吡啶类铂(Ⅱ)配合物的反饱和吸收或光限幅及构效关系;随后总结了五个系列联三吡啶铂(Ⅱ)配合物的双光子吸收及结构变化对双光子吸收截面的影响;最后对文献报道的工作进行了小结。根据文献报道的工作发现的一个趋势是:在联三吡啶配体或单齿炔配体上引入取代基可以调节基态和激发态的吸收,特别是在配体上引入给电子基团或增加联三吡啶和其上的芳香环取代基的共平面性会引起基态吸收红移但降低或淬灭激发态的吸收,这样会降低在532 nm的反饱和吸收或光限幅。但是扩展联三吡啶配体上的共轭体系则能大幅提高铂(Ⅱ)配合物的双光子吸收截面,尤其是在联三吡啶配体上引入吸电子的共轭芳香环取代基可以控制基态吸收在500 nm以下,同时保持了在可见光区的长寿命宽幅三重激发态吸收和在近红外光区的中等强度的双光子吸收,这对研制宽幅激光限幅材料有重要意义。
光限幅;非线性吸收;联三吡啶铂(Ⅱ)配合物;反饱和吸 optical limiting nonlinear absorption platinum(Ⅱ) terpyridine complex reverse saturable absorption two-photon absorption 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201078
红外与激光工程
2020, 49(12): 20201071