球铁材料脉冲激光表面强化的实验研究

采用经过二元光学变换后呈二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。对强化前后试样表面的粗糙度、强化层深度、强化层显微硬度分布和耐磨性进行了研究。结果表明，在保证试样表面粗糙度（表面微熔或不熔）的前提下，随脉宽增加强化区层深增加。耐磨性测试表明，脉冲激光强化处理可提高材料耐磨性1.8倍以上.

YAG激光毛化技术进展

二十世纪八十年代，当比利时冶金研究中心(CRM)开发出CO_2激光毛化冷轧辊技术后，尝试用YAG激光进行轧辊毛化一直吸引着众多的研究者，这是因为YAG(1.06μm)激光波长比CO_2(10.6μm)激光波长短一个量级，材料对YAG激光有更高的吸收率，并用YAG激光可以聚焦到更小的光斑尺寸，同时使用电信号驱动的声光开关技术便于对毛化分布进行可设定控制。但是用传统声光调制的YAG激光虽然可以碇以很高的脉冲频率(>30kHz)，但单脉冲有量仅为10mJ左右，难以达到辊面毛化粗糙度的要求，因此人们认为YAG激光用于毛化的主要困难是脉冲能量太小。

脉冲激光离散重熔热物理及组织性能研究

利用OM及FEM研究了铁基合金Nd:YAG脉冲激光熔凝区的几何形态及其变化规律、以及熔凝的热物理过程；利用OM、SEM、TEM、X-射线衍射仪及磨损实验机，研究了两种铁基热模具材料脉冲激光熔凝组织及其时效组织结构，以及熔凝区规则离散分布规律对材料抗磨损性能的影响。在10~5～10~7W/cm~2的脉冲激光平均功率密度范围内，可得到热传导型和深熔型两类强化区，当临界平均功率密度大于5 * 10~5W/cm~2，同时临界激光作用时间大于2ms时，热传导型强休区向深熔型强休区转变。熔化过程中，在熔池中形成上部以对流传热为主，底部以导热为主的传热模式，流场、温度场和压力场均随脉冲激光作用时间变化，最大流速、压力和温度梯度分别可达100m/s、数个大气压和10~(8-9) ℃C/m量级。凝固过程中，固液界面上的最大温度梯度、凝固速率和冷却速度时间和空间位置变化，分别可达10~(8-9) ℃/m量级、10~(-1)m/s量级和10~(7-8) ℃/s量级，其中冷却速度得到实验验证。亚共晶合金铸铁脉冲激光熔凝组织为δ-铁素体与M_3C的层片状共晶组织，还含有部分γ-奥氏体和少量的高碳孪晶马氏体组织，δ-铁素体和γ-奥氏体中均存在高密度位错亚结构。5CrMnMo钢脉冲激光熔凝组织由板条马氏体及少量的孪晶马氏体构成，马氏体中也存在高密度位错亚结构。上述两种组织经高温时效后，仍保持较细的晶粒，并有大量细小均匀弥散分布的碳化物析出，其中铸铁熔凝组织析出M_(23)C_6碳化物，M_(23)C_6可在M_3C/γ-奥氏体相界面或M_3C内部原位形核，亦可在δ-铁素体中弥散析出。两种材料的熔凝组织及其时效组织的显微硬度均明显高于相应的原始组织，也高于激光连续扫描熔凝的结果。脉冲激光规则离散熔凝加工在材料表面形成软硬相间的“原位”功能层，能显著降低裂纹形成的敏感性，提高材料表层的抗磨粒磨损性能，时效后仍具有较好的抗磨损性能。以熔凝强化区直径作为中心间距进行规则离散熔凝处理可使材料表面获得最佳抗磨损性能。

超短脉冲照射下氟化锂的烧蚀机理及其超快动力学研究

研究了超短脉冲激光照射下LiF晶体的破坏机理及其超快动力学过程，利用扫描电镜和原子力显微镜等测试手段，观测了飞秒激光照射下LiF晶体的烧蚀形貌。利用烧蚀面积与激光脉冲能量的对数关系确定了LiF晶体的破坏阈值，并利用非线性玻璃棒展宽脉宽，得到了800nm激光作用下LiF破坏阈值对激光脉宽（50～1000fs）的依赖关系；利用抽运一探针超快探测平台，探测了LiF烧蚀过程中反射率的变化。采用雪崩击穿模型，并根据晶体材料反射率与材料的介电常量的依赖关系，通过数值计算，模拟了材料烧蚀阈值与脉宽的依赖关系及材料激发过

激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究

研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、微分散射截面等特性.发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用,可以获得阿秒X射线辐射脉冲.短脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的,同时发现随着入射电子初始能量的增加,散射光的准直性越来越好,后向散射光脉冲的脉宽越来越短.

μ^-子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ^3He的电离

数值求解了一维含时的Schroedinger方程，研究了μ子催化核聚变反应中激光强度和波长对介原子μ^3He电离的影响．发现当激光强度为10^19-10^23W/cm^2量级时，介原子μ^3He有2．7％左右的电离率；当激光强度达到6．0×10^24W/cm^2时，对介原子μ^3He有显著的电离，并且电离率随着激光的强度、波长而递增，进而会有效提高μ子的催化效率．

混浊介质中光子传播路径的蒙特卡罗模拟研究

发展了一种新的蒙特卡罗方法用于研究超短激光脉冲进入混浊介质后的光子传播路径。这种方法可以获得任一时刻的光子最可几传播路径，研究了混浊介质的光学参数如何影响光子的最可几传播路径，发现吸收系数不影响光子的最可几传播路径。

飞秒激光微加工：激光精密加工领域的新前沿

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。

超短脉冲激光对透明材料的破坏

基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型。讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系，同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系。讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位，理论结果表明，光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大。

Structure and properties of amorphous thin film for optical data storage

In this paper the magnetic and magneto-optical properties of amorphous rare earth-transition metal (RE-TM) alloys as well as the magnetic coupling in the multi-layer thin films for high density optical data storage are presented. Using magnetic effect in scanning tunneling microscopy the clusters structure of amorphous RE-TM thin films has been observed and the perpendicular magnetic anisotropy in amorphous RE-TM thin films has been interpreted. Experimental results of quick phase transformation under short pulse laser irradiation of amorphous semiconductor and metallic alloy thin films for phase change optical recording are reported. A step-by-step phase transformation process through metastable states has been observed. The waveform of crystallization propagation in micro-size spot during laser recording in amorphous semiconductor thin films is characterized and quick recording and erasing mechanism for optical data storage with high performance are discussed. The nonlinear optical effects in amorphous alloy thin films have been studied. By photo-thermal effect or third order optical nonlinearity, the optical self-focusing is observed in amorphous mask thin films. The application of amorphous thin films with super-resolution near field structure for high-density optical data storage is performed. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fabrication and spectral properties of Nd3+-doped yttrium lanthanum oxide transparent ceramics

Transparent 1 at% Nd3+:Y1.9La0.1O3 ceramics were fabricated with nanopowders prepared by carbonate coprecipitation method. The powder compacts were sintered in H-2 atmosphere at 1550 degrees C for 30 h. The Nd3+:Y1.9La0.1O3 ceramics display uniform grains of about 50 mu m and high transparency. The highest transmittance of the ceramics reaches 67%. The strongest absorption peak is in the wavelength of 820 nm with absorption cross section of 2.48 x 10(-20) cm(2). The absorption is still high at LD wavelength 806 nm with absorption cross section of 1.78 x 10(-20) cm(2) and broad full width at half maximum (FWHM) of about 6.3 nm. The strongest emission peak was centered at 1078 nm with large stimulated emission cross section of 9.63 x 10(-20) cm(2) and broad FWHM of about 7.8 nm. The broad absorption and emission bandwidth of Nd3+:y(1.9)La(0.1)O(3) transparent ceramics are favorable to achieve the miniaturized LD pumping apparatus and ultrashort modelocked pulse laser output, respectively. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

飞秒脉冲激光器中色散补偿膜的设计

阐述了用光学薄膜进行色散补偿的基本原理，介绍了设计的基本过程．根据Ti：Sapphire飞秒激光器中腔内色散补偿的要求，设定了色散补偿目标，通过计算机优化，得到了一种40层的Ta2O5／SiO2介质膜系．该膜系能在720～870am范围获得大于99．5％的反射率，在510～550nm获得大于90％的透射率，在740～850nm提供较平滑的-40fs^2的群延迟色散．这样的结果经过7次反射后，可以补偿5-mm Ti：sapphire晶体产生的绝大部分群延迟色散。

窄带干涉滤光片抗击不同输出方式激光的损伤特性研究

利用Nd：YAG调Q单脉冲激光和自由脉冲激光对硬膜窄带干涉滤光片进行激光损伤阈值的测试，并且采用表面热透镜技术测量了滤光片的吸收率。实验发现：窄带干涉滤光片的吸收率和激光损伤阈值强烈依赖于辐照激光波长与窄带干涉滤光片通带的相对位置；在调Q单脉冲激光作用下，不同中心波长的滤光片损伤形貌存在明显的差别，而在自由脉冲激光作用下，各滤光片的损伤形貌则趋于相同．均表现为典型的热熔烧蚀破坏。根据实验结果，结合损伤形貌，通过驻波场理论对激光作用下滤光片内电场分布的分析与模拟．探讨了两种激光模式作用下滤光片的损伤特征和损

短脉冲激光辐照下熔融石英薄膜的损伤机理

激光诱导薄膜损伤过程中，雪崩离化（AI）和多光子离化（MPI）的性质和作用到目前仍然存在争议。基于STUART等人的电子密度演化方程，运用数值模拟方法，研究了脉宽为τ∈[0．01，5]ps范围内单脉冲激光作用下熔融石英薄膜中电子密度演化过程；讨论了初始电子密度、激光脉冲宽度对阈值功率密度和阈值能量的影响；分析了初始电子密度、激光脉冲宽度对多光子离化及雪崩离化的影响。研究结果表明，在所研究的脉宽范围内，对于熔融石英光学薄膜、飞秒激光诱导损伤以雪崩离化为主导，多光子离化的影响随着脉宽的降低而增强，雪崩离化所需种子电子主要来源于多光子离化。

用于钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形的多层介质膜反射镜

在千焦拍瓦高功率啁啾脉冲放大系统设计中,为了尽量消除增益窄化和增益饱和效应的影响,同时尽可能提高高功率激光输出脉冲信噪比参数,激光脉冲时空和光谱的整形问题备受关注.提出一种光谱整形新方法,利用特定结构的多层介质膜反射镜,可实现对大能量高功率啁啾脉冲钕玻璃放大系统中啁啾脉冲的光谱整形.研究结果表明,只要合理选择多层介质膜系的结构参数,可有效地控制其反射率分布,且在保证反射相位基本不变的条件下其调制度可超过60%.针对钕玻璃1053nm波长设计而成的光谱整形反射镜,反射带宽可达到196nm,色分辨率约为0.1nm,在几十纳米波长范围所对应的相位偏差小于12mrad,相当于λ/524,能够满足"神光Ⅱ"千焦拍瓦改造的技术指标要求.