红外与激光工程
2023, 52(11): 20230158
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光子制造系统与应用研究中心，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题，利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术，对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像，分析了激光脉冲电离材料初期（700 fs之前）等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向，前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的，而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应，该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布，这是共性工艺问题产生的核心机制。
激光技术 飞秒激光微加工 泵浦探测阴影成像 多脉冲烧蚀 等离子体 中国激光
2023, 50(24): 2402101
西安交通大学 电子科学与工程学院 陕西省信息光子技术重点实验室， 西安710049
利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术研究了不同数值孔径显微物镜聚焦的单脉冲飞秒激光诱导熔融石英微结构中等离子体的瞬态时间-空间演化特性及瞬态电子密度空间分布与激光诱导微结构的联系。实验结果表明显微物镜聚焦的飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度随延时的增加先增大后逐渐减小。当显微物镜的数值孔径为0.45时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加变化不大，基本都在非线性焦点处，激光在样品中诱导的微结构是点状的；当显微物镜的数值孔径为0.3时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加逐渐向样品内部移动，激光诱导的微结构是长条状的。此外，不同数值孔径显微物镜聚焦飞秒激光在样品中诱导最大瞬态电子密度的空间位置与激光诱导微结构的位置一致，这说明飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像可用于超快激光微加工过程的在线检测，可为超快激光诱导材料微结构的定向调控及加工参数优化提供参考。
飞秒激光 泵浦探测阴影成像 等离子体 微纳加工 数值孔径 Femtosecond laser Pump-probe shadowgraphy Plasma Micro-nano machining Numerical aperture
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物信息工程教育部重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学仿生工程与生物力学中心， 陕西 西安 710049
3 西安交通大学理学院化学系， 陕西 西安 710049
疾病诊断、食品安全监测和环境污染检测等领域常涉及细菌等微生物的即时检测，光学显微镜是常用于检测和分析这些微小样品的工具。无透镜显微成像技术是将样品与电荷耦合元件（CCD）或互补金属半导体氧化物（CMOS）芯片等光检测器紧密接触、无需光学元件、直接对样品进行成像的技术，较传统显微装置具有结构简单、体积小巧、操作简便、价格低廉等优点，已被应用于微小组织结构检查、细胞形态数量分析、微生物检测等领域。根据成像原理，无透镜显微成像技术可分为阴影成像、荧光成像及数字全息成像三类。分别阐述了三种无透镜显微成像技术的成像原理和物理结构，并综述了无透镜显微成像技术在即时检测中的应用，最后展望了无透镜显微成像技术的发展。
生物光学 显微成像 阴影成像 荧光成像 全息成像 即时检测
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学化学与环境工程学院, 吉林 长春 130022
开展了激光诱导等离子体屏蔽冲击波演化过程研究。利用光学阴影成像诊断技术, 分析了纳秒激光透过玻璃聚焦在铝靶表面上分别产生的等离子体与冲击波碰撞的时间和空间演化过程。随着玻璃与铝靶间距增加，冲击波碰撞时间增加。研究结果表明，冲击波相互碰撞时本身并不发生相互作用，而是等离子体与冲击波发生作用，出现冲击波波前畸变甚至破碎现象，存在等离子体屏蔽冲击波过程，最后探讨分析了等离子体屏蔽冲击波物理机制。
激光技术 冲击波碰撞 等离子体屏蔽 阴影成像 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 071403
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中, 垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用, 使氘氘液体在靶丸内均匀分布; 然后在氘氘的三相点附近缓慢降温, 可以实现燃料冰层的均化。 在氘氘冷冻靶均化实验系统上, 采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法, 实现了1 mm直径、30 μm壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化, 对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明: 氘氘冰层的平均厚度为185.56 μm, 均匀度为80.2%, 模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26 μm。
惯性约束聚变 冰层均化 温度梯度 背光阴影成像 inertial confinement fusion layering temperature gradient backlit shadowgraphy 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032025
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
背光阴影成像是表征ICF冷冻靶燃料冰层的有效方法。基于背光阴影成像技术，冷冻靶燃料冰层原位表征技术能原位实时监测靶丸内燃料气体相变与冰层均化过程，得到打靶零前时刻燃料冰层厚度和粗糙度信息，为物理实验提供准确参数。在冷冻靶制备实验中，根据背光阴影成像的光线追迹模型和实验测得的阴影图像中的亮环位置，计算得到了均化后冷冻靶中燃料冰层的厚度以及内表面粗糙度。
惯性约束核聚变 冷冻靶 背光阴影成像 光线追迹 inertial confinement fusion cryotargets backlit shadowgraphy ray tracing 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3230
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001
发展了背光阴影成像技术, 用于诊断透明ICF冷冻靶冰层内表面质量。分析了单层球壳阴影图像中形成亮环的物理机制。用光学追迹软件Tracepro模拟产生了透明单层球壳的阴影图像, 用于研究亮环位置与球壳厚度及折射率的关系。建立了背光阴影成像实验装置, 获得了透明单层球壳具有明显亮环的实验阴影图像。编制了阴影图像处理软件, 获得了靶丸内表面1维功率谱曲线, 并据此计算出靶丸内表面均方根粗糙度。理论分析、软件模拟及实验研究均表明, 背光阴影成像技术是透明冷冻靶冰层内表面质量的有效诊断方法。
几何光学 背光阴影成像 功率谱分析 ICF靶丸 表面粗糙度 geometrical optics backlit shadowgraphy power spectrum analysis ICF capsule surface roughness 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2880
