论文摘要
飞秒激光具有独特的超强与超快特性,其超强特性使得能以较低的脉冲能量获得极高的峰值光强,诱发透明介质对光子能量的多光子吸收,从而实现透明介质内高精度的微加工;其超快特性使得在加工时产生的热影响极小,提高了加工质量。飞秒激光微加工是飞秒激光研究领域的热点。飞秒激光在透明介质中的传播及聚焦理论是飞秒激光透明介质内部微加工的理论基础,同时也是研究和优化飞秒激光微加工系统的前提。在该理论的指导下,建立了飞秒激光三维微加工系统和飞秒激光多光子光镊与手术组合系统,使能够实现飞秒激光对K9玻璃内部的微加工以及对生物细胞的微手术。利用搭建的飞秒激光三维微加工系统在K9玻璃内部实现了折射率的改变,研究了扫描速率、激光功率和聚焦物镜的数值孔径对加工效果的影响,总结出折射率改变与激光辐照时间和辐照光强之间的线性关系式。结合聚焦飞秒激光玻璃内部的自聚焦成丝理论,研究了玻璃内部成丝效应。在K9玻璃内部加工出了最小直径约0.4μm的空腔,且空腔直径随着脉冲能量和作用脉冲个数的增加而增加,制得10×10空腔点阵列,为在玻璃内部实现三维光数据存储提供了实验依据。在K9玻璃内部成功制备出了1-to-2和1-to-4的波导分束器以及三维层状木堆结构光子晶体。探索研究聚焦飞秒激光对细胞的等离子体诱导蚀除机理,并成功切割培养的人神母细胞瘤细胞SH-SY5Y的突起。对比研究了聚焦物镜的数值孔径（NA）分别为0.60和1.35时,激光功率对切割作用和细胞活性的影响。在离胞体不同距离处切割细胞突起,发现距离越远,切割作用对细胞的影响越小。非完全切割情况下,切割长度越长,对细胞的影响越大,但作用细胞的自修复仍比完全切割情况下启动的快。2μm/s的切割速率前提下,计算总结出:当聚焦飞秒激光的峰值功率密度满足2.55×1014W/cm2≥Ipeak≥0.26×1014W/cm2时,能够产生等离子体诱导蚀除效应从而实现对神经细胞突起的切割。实验证明该方法为体外条件下研究人类神经的损伤后修复提供了一种可行、有效的手段。