激光技術及其應用電子工程學院2015年1月18日11ppt課件主要內容飛秒激光技術激光與物質相互作用機理微納加工應用出訪院校介紹濺射沉積鍍膜技術激光雷達技術總結與期望2ppt課件飛秒激光的主要特點具有激光的共同特點，同時1.超短脈沖1fs=10-15s2.超強功率（瞬時功率，可達到百萬億瓦）當它被聚焦到亞微米的空間區(qū)域，激光電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。

1、飛秒激光技術3ppt課件4ppt課件SallieGardnerRunning5ppt課件脈沖寬度極短

1fs=10-15秒(電子繞原子核半周的時間)微觀世界超快過程的研究物理化學生物學1、飛秒激光技術6ppt課件TimeMicroscopy–femtosecondlaser7ppt課件AhmedH.Zewail

1999NobelPrizeFemto-Chemistry

8ppt課件1、飛秒激光技術1012~1015W1018~1021W/cm2

(E=1011V/cm氫原子庫侖場5×109V/cm）極端物理條件光壓

109~1012bars

磁場

109高斯

加速度

1021g(1022m/s2)

溫度

108聚焦9ppt課件1、飛秒激光技術飛秒激光飛秒激光的產(chǎn)生超快科學（探測認識某些超快物理過程）物理化學生物學超快技術電子學（光電取樣）光通訊成像共焦顯微

OCT飛秒激光的放大超快超強科學（創(chuàng)造一個極端物理條件）飛秒等離子體強場下電子的相對論運動

Self－channeling相對論自聚焦千兆巴激光壓力尾場等離子體波未來科學技術新突破未來科學技術新突破飛秒相干x射線及x激光（高次諧波，湯姆遜效應）

x光顯微術,x光印刷術,x光照相激光熱核聚變快速點火激光粒子加速器

THz毫米波技術云層放電超高速計算機超高速光通訊生物技術（合成生物分子）醫(yī)學（OCT）微加工技術10ppt課件1、飛秒激光技術Oscillator

Stretcher（×103-105）Amplifier

（×103）Compressor（÷103-105）啁啾脈沖放大11ppt課件1飛秒激光技術YVO4Ti:soscillatorSESAMGainamplifierStretcherEnergyamplifierCompressorPre-amplifierGRPC1Ti:sPC2532nmNd:YAG532nmNd:YAG532nmNd:YAGTi:sTi:sGRGR12ppt課件1、飛秒激光技術13ppt課件1、飛秒激光技術14ppt課件1、飛秒激光技術15ppt課件1、飛秒激光技術16ppt課件1、飛秒激光技術17ppt課件1、飛秒激光技術18ppt課件1、飛秒激光技術抽運光功率提高到１２．５Ｗ后，壓縮后脈沖寬度為１２４ｆｓ，此時脈沖寬度最窄，單脈沖能量為１．５６μＪ，峰值功率１２．６ＭＷ19ppt課件1、飛秒激光技術20ppt課件1、飛秒激光技術21ppt課件2、激光與物質相互作用機理與金屬作用的雙溫方程模型與聚合材料作用的n光子吸收模式與電介質相互作用的動力學方程22ppt課件2、激光與物質相互作用機理ΔXmΔXdzx∝In（x）發(fā)生多光子過程的空間區(qū)域更小

多光子∝In（t）吸收幾率

發(fā)生多光子過程的時間范圍更小

ΔXd～λΔXm<<λ23ppt課件2、激光與物質相互作用機理24ppt課件2、激光與物質相互作用機理1975、S.I.Anisimovet.al從一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導方程出發(fā)，考慮到超強脈沖時光子與電子及電子與晶格兩種不同的相互作用過程，列出了電子與晶格的溫度變化微分方程，即雙溫方程：25ppt課件2、激光與物質相互作用機理1975、S.I.Anisimovet.al從一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導方程出發(fā)，考慮到超強脈沖時光子與電子及電子與晶格兩種不同的相互作用過程，列出了電子與晶格的溫度變化微分方程，即雙溫方程：26ppt課件2、激光與物質相互作用機理27ppt課件2、激光與物質相互作用機理28ppt課件2、激光與物質相互作用機理29ppt課件2、激光與物質相互作用機理30ppt課件2、激光與物質相互作用機理與金屬作用的雙溫方程模型與聚合材料作用的n光子吸收模式與電介質相互作用的動力學方程31ppt課件3、微納加工應用32ppt課件3、微納加工應用LaserBeamExpanderMirrorLensZ-axisSampleX-YaxisComputer33ppt課件3、微納加工應用—樹脂材料34ppt課件3、微納加工應用—樹脂材料35ppt課件3、微納加工應用—樹脂材料36ppt課件3、微納加工應用—玻璃GlasswaveguideGlassmachining100umholearrayindoped-glassforfibrealignmentGridstructuresinsoda-limeglassMicro-channelsforopticalswitch37ppt課件3、微納加工應用—金屬20-umstainlesssteelCutwidth:10umS.Steel:20um/50um300umthicknitinol,50umslotCopper:topview(left)andX-view30um/1300um38ppt課件3、微納加工應用—其他39ppt課件3、微納加工應用—其他40ppt課件3、微納加工應用—其他41ppt課件3、微納加工應用—其他飛秒激光在PMMA材料內部加工三維點陣下層點列（脈沖能量:2.87nJ）

42ppt課件3、微納加工應用—其他43ppt課件3、微納加工應用—其他44ppt課件3、微納加工應用—其他Laserbeam45ppt課件4、出訪院校介紹原則已有交流基礎或合作關系通過聯(lián)系人介紹自己聯(lián)系NaplesandtheUniversityFedericoII46ppt課件NaplesViewofthegulfAsquareAsmallstreetUniversityFedericoII47ppt課件48ppt課件Nowadaystheuniversityismadeupofthirteenschools,eightytwodepartments,anacademicstaffofmorethan3,120individualsandanadministrativestaffofmorethan4,500.Currentstudentenrollmentisstillabout97,000.49ppt課件課題背景中國－意大利合作項目研究人員往來政府資助基金（GrantNo.N10MO2）:Ultrafastlaserablationofsolidtargetsandnanoparticlessynthesis，2010.1－2012.1250ppt課件課題背景CNR-SPIN:意大利國家研究委員會-超導與新材料器件研究所—MaMafund51ppt課件課題背景CNR-SPIN:意大利國家研究委員會-超導與新材料器件研究所—MaMafundDTUFotonikJ?rgenSchouTechnicalUniversityofDenmarkMainactivityFundamentalsoflaserablation

52ppt課件課題背景CNR-SPIN:意大利國家研究委員會-超導與新材料器件研究所—MaMafundDTU-TechnicalUniversityofDenmarkDTUEnergyConversionDepartmentofEnergyConversionandStorageNiniPryds(HeadofSection)MainactivitiesEnergymaterials;Oxides;PLD53ppt課件課題背景ChinaNationalScholarshipFund

54ppt課件5濺射沉積鍍膜技術LegendEliteAmplifier:800nm,40fs,~1KHz,4WMarticOscillator:800nm,20fs,80MHz6nJPerpulseCopperLangmuirprobeVacuum=10-6mbarM1M2M3PM2PM1PinholeLensICCDL255ppt課件5濺射沉積鍍膜技術Laserbeamlaserbeamsubstratevacuum/backgroundgastargetlaserproduced

plasmaplume

③

Surfaceprocessing①TransientPlasma②NPs&NPs-assembledfilmsOtherfieldsofapplicationLIBSformaterialanalysisIonbeamgenerationEUVlightgenerationm-thrusterforsatellites3Dstructuring(dielectrics)Templatesforcellgrowth..................56ppt課件實驗條件介紹57ppt課件5實驗條件介紹-Stefanno58ppt課件實驗條件介紹-Saleno59ppt課件實驗條件介紹-DTU-1J?rgenSchouNiniPryds(HeadofSection)60ppt課件主要科研工作完成金屬（Cu、Fe）、半導體（Si）以及化合物（TiO2）樣品的燒蝕電子、離子空間時域分布進行分析以及納米顆粒沉積特性實驗研究；與丹麥技術大學（TechnicalUniversityofDenmark<DTU>）光子工程系（DepartmentofPhotonicsEngineering）和能量轉換與存貯系（DepartmentofEnergyConversionandStorage）開展納秒激光與蛋白質（Protein）作用燒蝕閾值實驗和納秒激光與Al2O3作用是等離子羽狀物的空間分布以及飛行光譜的采集與處理實驗分析研究；利用業(yè)余時間積極開展第二科研方向Caliposo激光雷達信號數(shù)據(jù)處理工作。61ppt課件PlumetargetAtomicNPsDepositedNPselectronssubsystemheatinglatticeheatingelectrons-to-latticeenergytransferTimeduringpulseafterpulsefspsnstargetmeltinganddecompositionmaterialejectionandplumeexpansiontp---------------------electronslattice+++++++++++++++++++-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-equilibriumablationPhotoofasilverfsablationplume...atlatertime5濺射沉積鍍膜技術62ppt課件5濺射沉積鍍膜技術LegendEliteAmplifier:800nm,40fs,~1KHz,4WMarticOscillator:800nm,20fs,80MHz6nJPerpulseCopperLangmuirprobeVacuum=10-6mbarM1M2M3PM2PM1PinholeLensICCDL263ppt課件5.1Langmuirprobe探測離子實驗研究64ppt課件5.1Langmuirprobe探測離子實驗研究激光脈沖能量為10.7J/cm2時銅離子時間飛行（TOF）不同角度電壓和電流強度曲線65ppt課件5.2等離子體ICCD分析研究ICCDL2NanoparticlesplumeemissionAtomicplumeemission010166ppt課件5.2等離子體ICCD分析研究ICCDL267ppt課件5.2等離子體ICCD分析研究Ahigh-mobilitytwo-dimensionalelectrongasatthespinel/perovskiteinterfaceofγ-Al2O3/SrTiO3Y.Z.Chen,2013,NatureCommunications

68ppt課件5.2等離子體ICCD分析研究Ahigh-mobilitytwo-dimensionalelectrongasatthespinel/perovskiteinterfaceofγ-Al2O3/SrTiO3Y.Z.Chen,2013,NatureCommunications

69ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究ListofmaterialsAl,Ag,Au,Cu,Pd,…Ni,Co,Fe,Mn,…—

Si,Ge,…—NiFe,CoCu,SmCo,AlN,…—CdS,ZnS,TiO2,ZnO,VO2,…—LSMO,TbDyFe,…—!?What

is

next?!70ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究substrateNPshapeatAFMEquivalentsphere

oblateellipsoidwithvolumeVa71ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究substrateNPshapeatAFMEquivalentsphere

oblateellipsoidwithvolumeVa72ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究脈沖能量為2.23mJ時曝光10s的納米顆粒AFM掃描圖像

脈沖能量為2.23mJ，能流密度為10.7J/cmP2P時曝光10s的納米顆粒AFM統(tǒng)計圖73ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究74ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究AFMimageofthefilm75ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究76ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究HysteresisloopofaNickelNPs-assembledfilmAFMimageofanickelNPs-assembledfilm.77ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究b)CdS,527nm,440mJ1mm1mmPhotoluminescence78ppt課件5.3沉積納米顆粒及薄膜實驗研究LaserInducedPeriodicSurfaceStructuresThereisnogeneralconsensusontheoriginofripples(LIPSS).Themostconsideredexplanationisbasedonaninterferencebetweentheincidentbeamandascatteredsurfacewave(alsoinformofSurfacePlasmonPolariton)inducedbythesurfaceroughness.Ripples79ppt課件5.4不同波長納秒、飛秒激光與蛋白質（Lysozyme）作用時燒蝕效率的實驗研究

近紅外激光燒蝕效率和能流密度關系曲線（a）飛秒激光實驗結果（1054nm）（b）納秒激光實驗結果（1064nm，Danmark）80ppt課件6激光雷達技術

Lidarstandsfor"lightdetectionandranging"andisaradar-related("radiowavedetectionandranging")methodtoremotelymeasureatmosphericparameters.Lidarsystemssendoutlaserpulsesanddetectthebackscatteredradiation.Fromthesignals'timedelayandthespeedoflight,thedistancefromthebackscatterlocationcanbedetermined.81ppt課件6激光雷達技術

P0:LaserpowerA:Telescopeareah:Overlapfunctionb:Backscatteringcoefficienta:ExtinctioncoefficientLidarequation(singlescattering):82ppt課件6激光雷達技術

BackscatteringLidar(mono-,multi-wavelengths)

Scanning,VolumeImaging,Depolarization,Fluorescence… Aerosol,Cloud,Dust,Organicdust,…Raman

Lidar,HighSpectralResolutionLidar

Aerosol,Cloud,Dust

Watervapor,Temperature,…DIAL

Lidar

Pollutionmolecules(SO2,CO,CO2,NO2,NO,…),O3,…Doppler

Lidar

WindspeedprofileClassificationbyPrinciple:Groundbased

Atmosphereprofile,3D,localAirborne largearea,Atmosphere,Earthandseasurface,SeabottomSpaceborne

globalClassificationbyPlatform:83ppt課件6激光雷達技術

3DscanningLidar84ppt課件6激光雷達技術

3DscanningLidar85ppt課件6激光雷達技術

SpectroscopyanalysisLidar86ppt課件6激光雷達技術

CharacteristicsofBackscatterLidarSystem

TransmitterLaserNd:YAGorExcimerLaser(XeF)Wavelength1064,532,355nmor351nmOutputenergy1–50mJ/pulsePulserepetitionrate20-1000HzPulsewidth5-20nsBeamdivergence0.2-0.6mradReceiverTelescope35cmNewtonian,f=120cmFieldofview1.5mradFilterbandwidth1-2nmVerticalresolution3m(raw),15m(final)87ppt課件6激光雷達技術

RamanLidarMulti-wavelengthDifferentialAbsorptionLidar(DIAL)AirborneLidarSystem88ppt課件6激光雷達技術

AirborneLidarSystem89ppt課件6激光雷達技術

90ppt課件6激光雷達技術

91ppt課件CALIPSO衛(wèi)星主要載荷包括：正交偏振云和氣溶膠激光雷達CALIOP寬視場相機WFC成像紅外輻射計IIRCALIP是一臺偏振敏感雙波長（532nm/1064nm）激光雷達9292ppt課件

Caliop

激光雷達CALIPSO衛(wèi)星在軌道上的運行速度是7km/秒激光器二極管泵浦一縷石榴石晶體激光器脈沖能量532nm的為110mJ1064nm的為110mJ重復頻率20.16Hz脈沖長度20ns線寬532nm：30pm；1064nm：100pm極化純度>1000:1（532nm）光束發(fā)散角100urad（在光束擴展之后）瞄準范圍±1°，分辨率1.6μrad激光的環(huán)境18psia，干燥的空氣9393ppt課件

CALIOP發(fā)射接收系統(tǒng)光學路徑9494ppt課件6激光雷達技術

95ppt課件96數(shù)據(jù)空間分辨率96ppt課件6激光雷達技術

97ppt課件6激光雷達技術

98ppt課件99ppt課件5XbeamexpandersNapoliLidarExperimentalSetup387nmRaman407nmRaman355nmElastic532nmElastic607nmRaman100ppt課件SummaryofMulti-wavelengthRamanLidarLaserSourceNd-YAGWavelength355,532,1064nmPulseduration5nsecPulseEnergy100mJ@355nm90mJ@532nm300mJ@1064nmReperate20HzDivergence0.1mrad@1064nm0.1mrad@532nm0.1mrad@355nmReceiversystemTelescopeNewtonian30cmFieldofView1.3mradElasticChannel355nmBW0.5nm532nmBW0.5nmDepolarizationChannel532nmParallel&PerpendicularN2RamanChannel386.7nmBW0.5nm607nm

BW1.0nmH2ORaman406.7nmBW0.5nm101ppt課件PBLdevelopment102ppt課件103ppt課件104ppt課件LidarCharacterizationofVolcanicDustMt.EtnaEruptionEvents(July-August2001)105ppt課件發(fā)表論文成果106ConferenceofLaserAblation-COLA,2013.10.06-11106ppt課件發(fā)表論文成果1.LixiaSang,HongjieZhang,XiaochangNi,K.K.Anoop,RosalbaFittipaldi,XuanWang,SalvatoreAmoruso,Hydrogen-evolvingphotoanodeofTiO2nanoparticlesfilmdepositedbyafemtosecondlaser,InternationalJournalofHydrogenEnergy,2015,40(1):779-785

2.YaoHuan,NiXiaochang,WangXuan,LiTong,XuLijuan,SongZhenming.TherelevantresearchonAODandconcentrationofPM2.5pollutant[A];TheSecondInternationalConferenceonFrontiersinOpticalImagingTechnologyandApplication[C];20143.XiaochangNi,LixiaSang,HongjieZhang,AnoopK.K.,S.Amoruso,XuanWang,R.Fittipaldi,TongLi,MinglieHu,LijuanXu,FemtosecondlaserdepositionofTiO2nanoparticle-assembledfilmswithembeddedCdSnanoparticles,OptoelectronicsLetters.10（1）43-46，20144.XiaochangNi,K.K.Anoop,X.Wang*,D.Paparo,S.Amoruso,R.Bruzzese,Dynamicsoffemtosecondlaser-producedplasmaions,AppliedPhysicsA,2014,117:111–1155.XiaochangNi*,AnoopK.K,MarioBianco,SalvatoreAmoruso,XuanWang,TongLi,MinglieHu,ZhenmingSong,Iondynamicsinultrafastlaserablationofacoppertarget,ChineseOpticsLetters,2013,11(9):093201-56.D.K.Pallotti,X.Ni,R.Fittipaldi,X.Wang,S.Lettieri,A.Vecchione&S.Amoruso,Laserablationanddepositionoftitaniumdioxidewithultrashortpulsesat527nm,Appl.Phys.B,2015,s00340-015-6024-17.K.K.Anoop,XiaochangNi,XuanWang,RiccardoBruzzese,andSalvatoreAmoruso,SpectrallyResolvedImagingofUltrashortLaserProducedPlasma,IEEETRANSACTIONSONPLASMASCIENCE,2014,VOL.42,NO.10:2698-26998.K.K.Anoop,XiaochangNi,SalvatoreAmoruso,XuanWang,RiccardoBruzzese,Fastionsgenerationinfemtosecondlase