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第1章 超快激光加工概述 1

1.1 超快激光加工介绍 1

1.2 超快激光加工的特点 2

1.2.1 热影响区的抑制 2

1.2.2 降低等离子体屏蔽 3

1.2.3 多光子吸收 3

1.2.4 材料内部改性 4

1.2.5 电介质中的载流子激发 4

1.2.6 超快激光加工的空间分辨率 4

1.3 超快激光材料处理 5

1.3.1 表面微加工 5

1.3.2 表面微纳结构制备 7

1.3.3 纳米烧蚀 8

1.3.4 双光子聚合 9

1.3.5 透明材料的内部改性 10

1.3.6 生物医学应用 12

1.3.7 工业和商业应用 13

参考文献 14

第2章 超快激光技术简介 21

2.1 超快激光技术 21

2.1.1 掺钛蓝宝石激光器 21

2.1.2 啁啾脉冲放大技术 22

2.1.3 飞秒光纤激光器 23

2.1.4 薄片激光器 24

2.2 飞秒激光脉冲诊断技术 24

2.2.1 飞秒脉冲的自相关测量 25

2.2.2 频率分辨光学开关法 25

2.2.3 自参考光谱相位相干电场重建法 26

2.3 飞秒激光材料加工技术 28

2.3.1 飞秒激光直写技术 28

2.3.2 飞秒激光并行微纳加工技术 29

2.4 飞秒激光脉冲整形技术 31

2.4.1 飞秒激光脉冲的时域整形技术 31

2.4.2 飞秒激光脉冲的空间整形技术 32

2.4.3 飞秒激光脉冲的时空整形技术 33

2.4.4 飞秒激光脉冲的偏振整形 33

参考文献 34

第3章 超快激光脉冲时空整形 39

3.1 飞秒脉冲时域整形 39

3.1.1 飞秒脉冲整形简介 39

3.1.2 双/多脉冲加工 44

3.1.3 脉冲时域自适应控制 45

3.2 飞秒光束空间整形 47

3.2.1 激光直写截面控制 47

3.2.2 多光束并行处理 49

3.2.3 自适应光束空间整形 50

3.3 飞秒激光时空聚焦 51

3.3.1 时空聚焦原理简介 51

3.3.2 时空聚焦三维各向同性直写 52

3.3.3 时空聚焦三维光刻 54

3.3.4 脉冲前沿倾斜和焦面强度倾斜 55

3.4 光束整形加工应用举例 56

3.4.1 无衍射光束加工 56

3.4.2 脉冲偏振整形加工 58

3.4.3 飞秒激光超分辨加工 59

参考文献 60

第4章 超快激光对材料的表面处理 65

4.1 飞秒激光加工薄膜材料 65

4.1.1 飞秒激光对薄膜材料的烧蚀 65

4.1.2 薄膜表面的微凸起结构 67

4.2 材料表面的钻孔与切割 68

4.2.1 表面钻孔 68

4.2.2 表面切割 69

4.3 飞秒激光诱导表面周期结构 70

4.3.1 飞秒激光诱导表面周期结构的特点 70

4.3.2 飞秒激光诱导表面周期性结构的形成机理 73

4.4 硅表面微锥结构 74

4.5 飞秒激光诱导表面微纳米结构的应用 76

4.5.1 材料表面光学特性调控 76

4.5.2 表面浸润特性调控 80

4.5.3 生物化学应用 82

参考文献 83

第5章 基于双光子聚合的飞秒激光三维直写 89

5.1 双光子聚合的原理 89

5.2 双光子聚合的分辨率 91

5.3 材料的功能化 93

5.4 光学元件的加工 95

5.5 微纳机械的加工 97

5.6 微流体器件的加工 98

5.7 医学和生物组织工程中的应用 99

5.8 三维金属微纳结构的加工 101

参考文献 102

第6章 透明介电材料内部的三维光子学集成 106

6.1 利用飞秒激光实现透明介电材料内部改性的原理概述 106

6.2 透明材料内部中三维光波导的制备 107

6.2.1 制作波导的影响因素 108

6.2.2 波导的制作方式 110

6.2.3 不同材料 110

6.3 光子器件的制备 114

6.3.1 分束器 114

6.3.2 定向耦合器 115

6.3.3 马赫-曾德尔干涉仪 115

6.3.4 频率转换器 117

6.3.5 有源光子器件 117

6.3.6 集成量子光子回路 118

6.3.7 其他微光学器件 120

6.4 高品质光学微腔 121

6.4.1 在玻璃上制备高品质的光学微腔 122

6.4.2 制备高品质的晶体微腔 123

参考文献 125

第7章 飞秒激光直写制备微流控芯片和集成光流器件 134

7.1 飞秒激光辅助湿法化学刻蚀制备微流结构 135

7.2 水辅助飞秒激光直写制备微流结构 139

7.3 水辅助飞秒激光直写制备纳流结构 144

7.4 飞秒激光直写实现光流控集成 146

7.4.1 自由空间微光学元件和微流控系统的集成 146

7.4.2 光波导和微流控系统的集成 149

7.4.3 集成芯片在生物医学研究中的应用 150

参考文献 152

第8章 超快激光加工在现代工业中的应用 158

8.1 表面处理 158

8.1.1 抗摩擦损耗结构 158

8.1.2 浮雕和成型模具 159

8.1.3 光电子功能性修饰 161

8.2 高精度钻孔 162

8.3 精密切割 165

8.3.1 透明介质 165

8.3.2 半导体和金属 165

8.3.3 危险化学物品 167

8.4 透明材料三维加工应用 169

8.4.1 激光三维标记与光存储 169

8.4.2 激光玻璃焊接 170

8.5 医疗应用举例 172

8.5.1 医用支架加工 172

8.5.2 激光手术 173

参考文献 175

索引 177