在电子产业、航空航天、医药、汽车、微机电器件等领域，精密微孔是器件、功能部件上的重要结构单元。当前超短脉冲激光精密微孔制备缺乏高稳定、体积小、低成本的旋切加工系统。针对一百到几百微米尺寸的精密微孔加工需求，设计了一种基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，并对系统的反射像和公差进行了分析。通过采用摄远结构设计和对称设计，大幅缩短了系统镜头总长，设计结果为加工孔径范围100~400 μm，最大加工深径比10∶1。搭建了基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，对制孔效果进行了实验验证，制孔结果显示，基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统能实现高精度的微孔制备。

超短脉冲激光凭借其脉宽窄、峰值功率高的特点，可以实现高精度材料生长、改性和去除等形式的加工，具有良好的材料适应性和工艺兼容性，在微电/光互连领域取得了开拓性应用进展，已成为近年来先进制造的新兴关键技术。本文简要介绍超短脉冲激光实现微光电子器件制造的基本机制，包括多光子还原、表面等离子体共振和双光子聚合等，重点阐述超短脉冲激光加工在微光/电互连领域的应用研究进展，并对超短脉冲激光加工在该领域的发展方向进行总结和展望。

太赫兹时域光谱仪（Terahertz Time-Domain Spectrometer, THz--TDS）在光谱学、材料表征、安检、通信等众多领域具有广阔的应用前景。介绍了一种稳定的波长为1560 nm的光纤短脉冲激光器以及一种基于该激光器的THz--TDS系统。然后用该系统对几种陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMC）进行了无损检测。特别是在对热障涂层（Thermal Barrier Coating，TBC）的厚度进行检测时，实现了微米量级的精度。相比于传统方法，太赫兹波对CMC具有较强的穿透性并且应用灵活，因此提供了更好的解决方案。最后使用太赫兹异步光学采样系统（Terahertz Asynchronous Optical Sampling, THz--ASOPS）对低压水蒸气进行了高分辨率光谱分析。结果表明，光谱分辨率达到10 MHz，比传统的THz--TDS提高了100倍以上。

对太瓦 (TW) 飞秒激光在自然大气中传输时产生的超长等离子体通道的物理性质进行了研究。试验结果证实 2 TW 飞秒激光在大气中自由传输时实 现了 2 km 长的等离子体通道, 长距离传输后通道内的等离子体电子密度约为 1011 cm-3, 仍然保持良好的导电性。高压放电试验也证实了有等离子体通道存在, 可以将放电电压降低 30%, 说明激光诱导高压放电的有效性。本次试验研究表明长度为公里量级、长寿命大气等离子体通道的实现是可行的, 将为激光引雷、大气监测、人工干预气候等实用化应用扫清技术上的障碍。

碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)具有密度低、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点,在航空航天领域具有广泛的应用潜力。但是CMC-SiC属于具有超高硬度且各向异性的难加工材料,常规加工技术难以胜任这种新型材料的优质高效加工。激光加工凭借加工质量高、非接触加工、输入热量低、适用范围广、易于和数控技术结合实现自动化等优势,有望成为CMC-SiC材质构件精密制造的主流技术。本文从CMC-SiC与激光的相互作用机理出发,分析了激光加工CMC-SiC中出现的典型热致缺陷,阐述了超短脉冲激光在CMC-SiC精密加工中展现的优势。在此基础上,指出了CMC-SiC激光加工技术的发展趋势,旨在为新型航空航天CMC-SiC材质构件的精密制造提供理论依据与技术参考。

当高强度短/超短脉冲激光聚焦于靶材表面或介质内部时,若其峰值功率密度超过某一阈值,靶材表面或介质内部会形成等离子体,等离子体与工件相互作用进行材料去除,这一过程称为激光诱导等离子体微加工(LIPMM)。这一加工技术可以高效吸收激光能量,具有损伤小、效率高、应用广等特点,已被广泛应用于微加工领域。为此介绍了LIPMM的微加工原理,进一步阐述了以固体为靶材和以液体为介质的LIPMM的研究进展,对LIPMM未来所面对的问题和发展方向进行了总结和展望。

与传统的激光钻孔不同,透明材料的bottom-up钻孔是将激光穿过材料,聚焦于材料的下表面,由底部一层一层地将材料向上去除。基于不同脉宽的激光,探讨了玻璃材料bottom-up钻孔的机理。结果表明:除了超短脉冲激光外,纳秒激光亦可以实现bottom-up钻孔,而且更容易实现零锥度钻孔;bottom-up钻孔效率随脉宽减小而降低,2 ns~50 ps激光的切割效率比超快激光高,此结果不同于常用的top-down加工的结果,文中亦尝试对此现象进行了解释。

从啁啾脉冲放大技术到精密光谱学光频梳,从超分辨荧光显微术到飞秒化学,这些(分别获得2018、2005、2014、1998年度诺贝尔物理奖和化学奖)举世瞩目的科学成就,无不彰显了超短脉冲激光对人类科技创新和认知力的深远影响。对超短脉冲激光的特点、表征方法、产生与放大途径等一些重要基础知识进行回顾,对用于先进制造业中的超短脉冲激光系统的基本光学结构、各种主要技术指标及实际工业加工应用中一些关键激光参数的合理选择予以介绍。最后还呈现一幅在多年教学实践基础上绘制的“超快激光光学”学习路线图,并以此作为对超短脉冲激光相关科学技术知识框架的一种整体描绘。

自20世纪60年代激光器被发明以来, 其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级, 使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比, 超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制, 并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势, 如“冷”加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型, 包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状, 并给出了存在的问题和展望。

自20世纪60年代激光器被发明以来, 其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级, 使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工, 理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性, 如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状, 并得出了目前理论研究中存在的问题。