一、Fabrication of Micro -Optical Devices by a Femtosecond Laser（论文文献综述）
刘雨晴,孙洪波[1]（2022）在《非线性激光制造的进展与应用(特邀)》文中研究指明超快激光是指脉冲宽度极窄的激光,其瞬时功率极高,与物质之间的相互作用呈现出非线性、非平衡、多尺度的状态。超快激光具有超快（脉冲持续时间短）、超强（瞬时功率高）、超精细（加工结构精细）等特点,由此实现的非线性激光制造技术可以打破传统微纳制造的局限,实现各类难加工材料和复杂微纳结构的超精细制造,精度可达亚微米至纳米量级,在微光学、生物医学、智能电子器件等前沿领域体现出了独特的应用价值。文中主要聚焦飞秒激光微纳加工技术前沿,简要概括了飞秒激光加工的特点;介绍了飞秒激光加工的主要技术手段,包括飞秒激光直写和飞秒激光并行加工;讨论了飞秒激光加工技术的前沿应用领域,如微纳光学器件、微流体器件、多功能结构化表面、生物医学工程等;最后,对飞秒激光加工制造技术未来的发展趋势和研究方向进行展望。
章振[2]（2021）在《基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术》文中提出超快光谱分析技术是理解物质组成、分子演化和动力学的重要工具,涉及领域包括物理、化学和生物医学等基础科学,以及气体示踪和泄漏预警等应用科学。随着飞秒激光的出现,光谱学的探测速度不断被刷新。飞秒时域拉伸技术将记录的瞬时现象展开到时域,降低了超快探测中的采样速度要求,在超快成像、测距、单发脉冲光谱探测、非重复和罕见信号探测等领域发挥了重要作用。不仅如此,飞秒光频梳光谱学技术展现了宽光谱和单个梳齿分辨的特点,为高分辨光谱分析带来了新的机遇。本文结合了双频梳光谱技术和时域拉伸技术,提出超快和高精度光谱分析的方法。论文的主要工作如下:1.回顾了双频梳光谱学,重点介绍了单腔双频梳光谱学的发展和应用;回顾了飞秒时域拉伸技术在超快光谱学领域的应用。分析了双频梳光谱学的优点为拥有光频梳至电频梳转换的能力,缺点为无法单发脉冲探测;飞秒时域拉伸光谱学的优点为拥有实时探测的能力,缺点为无法实现单个梳齿分辨。2.基于单腔双频梳光谱学思想和时域拉伸技术,提出飞秒非平衡时域拉伸光谱学。该方法利用单个自由运行的锁模飞秒激光器,简化了双频梳系统,不需要复杂的相位锁定回路。在光纤Mach-Zehnder干涉仪的两臂中引入不同的色散量,使不同时域拉伸的两个脉冲发生干涉。不仅实现了光谱信息从光频梳至电频梳的转换,而且拥有单发脉冲实时探测的能力。通过Optiwave软件建模分析和实时光谱分析实验,验证了理论的正确性。实验中单次光谱的探测速度和分辨率分别为250 μs和540 MHz。3.利用微波光子学中的光学调制技术,将非平衡时域拉伸光谱学中宽带电谱调制至光谱进行分析,降低了数据采集和处理的困难。并形成了光谱至电谱、电谱再至光谱的映射关系。我们根据这种映射关系提出一种基于宽光谱映射的光谱分析技术,可将难以分辨的光谱映射至高分辨区域进行分析。4.光频梳不仅可以作为宽谱探测光源,也可以作为频率标准。提出光频梳参考的单频光频率锁定和扫描技术,为单频光与光频梳的多外差探测提供程序化和稳定的扫描光源,实现了低带宽的多外差光谱学,并用于超快气体光谱分析。5.展望了一种基于时域拉伸和频率选通的光谱扫描方法,可以运用于大气光谱遥感,解决传统气体探测激光雷达在频域中进行光谱扫描时速度慢和不稳定的问题。
赵洋[3]（2021）在《碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究》文中研究说明热电材料可以将热能和电能直接进行转化,并且受换能体系规模的影响较小,在小型电子设备冷却、废热发电和微型传感器等方面具有重要的应用前景。特别是对于发展非常迅速的可穿戴和柔性电子产品,热电材料可以利用皮肤与环境的温差进行发电或对温度等信息进行实时监测。新的应用需求促使热电材料与器件的研究方向逐渐趋向于柔性化、微型化和高密度集成化等方面。热电薄膜材料相较于传统的块体热电材料,更容易实现柔性化和微型化,并且可以通过微观结构调控来进一步提升其热电性能,正在逐步成为本领域的研究热点。本论文从热电材料与器件性能表征和加工技术平台的设计与构建开始,对碳纳米管-碲化铋复合薄膜材料设计、制备和性能优化开展研究,针对柔性微型热电薄膜器件的设计与制备,逐步深入地对碳纳米管基复合材料和器件进行了深入和系统地研究。解决了在薄膜热电材料研究工作中的热导率表征、材料加工、界面性能优化和薄膜器件制备等多个难题。可作为薄膜热电材料的一个系统性的参考研究方案。取得的主要成果如下:1.基于3ω瞬态热流法和稳态氮化硅悬臂法这两种测量薄膜材料热导率的方法,针对所研究的碳纳米管-碲化铋复合薄膜材料体系,开发了两套完整的薄膜材料热导率表征平台,研发了高精度氮化硅物理掩膜板和自支撑薄膜样品转移方法等样品制备的技术手段。相关工作获得了授权发明专利一项和实用新型专利四项。2.设计和构建飞秒激光微纳加工系统。本工作自主搭建了一套飞秒激光加工及转移系统,实现对热电薄膜材料的三维加工和转移,为之后的材料性能研究和微型器件的研究奠定了扎实基础,相关工作获得了授权发明专利一项和实用新型专利两项,发表SCI论文四篇。3.利用磁控溅射制备了不同两相体积比的碳纳米管-碲化铋复合薄膜,研究其热电性能随体积比变化的规律发现:在沉积过程初期,碲化铋和碳纳米管均对复合薄膜的热电性能有贡献。碳纳米管作为传输主体,碳纳米管-碲化铋两相界面对性能的影响尤为突出。随着沉积量的不断增加,碲化铋对总热电性能的贡献逐渐占据主导地位。此时,两相对复合膜性能的贡献更接近于“并联”的关系。4.进一步利用等离子体对碳纳米管薄膜进行表面预处理,探究两相界面对复合膜性能的影响机制,进而对复合膜的两相界面进行改性来提升热电性能。等离子体处理后,复合膜的界面变得较为粗糙,而声子在粗糙的界面会产生漫反射,使预处理后的样品相对于未处理样品声子传热效率大幅降低,该界面的变化对其载流子的输运影响不大,进而实现了在该材料体系中的声-电解耦传输,复合薄膜的热电性能获得了约50%的提升。5.在对材料结构和性能优化的基础上,进行微型器件的设计与制备,针对热电薄膜材料的面内最佳性能方向和实际应用场景中常见的面外温差方向之间的矛盾,提出了悬空自支撑式和PDMS柔性变形基底两种设计方案,制备了两种微型热电薄膜器件,并对其热电转化性能进行表征。自支撑悬空热电器件为平面结构的微型薄膜热电器件,发电方面:该热电材料在ΔTg达到20K时,该器件的开路电压为15mV,并伴随～60 μA的短路电流。Pgmax最大可达0.225μW。制冷方面:该热电器件在室温环境可以获得约7.5度的制冷温差,300K时可提供～89 μW的最大冷却功率。PDMS柔性变形基底热电薄膜器件为可变形的柔性器件,通过预置拉伸PDMS将二维的柔性材料转变为三维拱形的热电器件,实现柔性微型热电薄膜器件的制作。在热台温度为50度的大气环境中,该器件开路电压为0.4 mV,初步满足传感器的需求,需进一步提升温差和电极连接方案,以获得更高的性能。
孙试翼[4]（2020）在《双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究》文中认为双光子激发在生命科学研究中具有十分重要的地位。相比单光子激发,双光子激发具有很多天然的优势。首先,其采用更长的激发波长,因而在生物组织中具有更大的穿透深度。其次由于双光子激发是非线性过程,需要更高的光子密度才能发生。因此其激发具有空间约束性,大大减少了焦外激发,具有良好的光学切片能力。系统中较少的焦外激发,较低的光子能量,进一步减少了光漂白和光损伤,提升了组织的存活时间,这对长时间的生物成像来讲十分重要。此外,双光子激发波长和荧光波长在光谱上相距较远,因此更容易实现激发光和荧光信号的分离。双光子荧光显微以其众多的优势被广泛应用于生物医学领域的研究中。然而,现有的双光子显微技术仍然存在分辨率不够高,视场不够大等问题和不足。进一步提升系统性能依然具有重要的意义。本论文根据非线性光学理论,点扩散函数工程,荧光差分方法以及光瞳分割扫描方法,对双光子激发显微成像中的方法和技术进行了深入的研究。旨在进一步提升系统的分辨率、视场和时间分辨率,使其在生命科学研究中获得更为广泛的应用。本文的主要内容及创新点如下:1.深入研究了荧光差分方法和荧光饱和效应对双光子显微系统成像分辨率及对比度的影响。对相关内容进行了理论分析和仿真计算,并首次构建了双光子荧光差分显微系统。相关实验结果证明了本方法可以将双光子显微系统的成像分辨率提升至百纳米量级并改善成像对比度。2.将并行探测和像素重组引入双光子显微中。对像素重组理论及算法在双光子显微成像中的应用进行了仿真计算和实验验证。光纤束中光纤为环形排列,外围轮廓的光纤偏离了系统光轴,可以获得更高频率的信息,提升成像分辨率。设计并搭建了具有反向扫描探测光路的双光子显微成像系统,对并行探测所获取的信息进行处理,获得了分辨率及对比度的提升。采用并行探测结合像素重组算法,只需要一次成像,就可以在保证系统成像速度的前提下提升成像质量。3.深入研究了使用轴向荧光差分方法提升双光子显微轴向分辨率的方法并构建了相应的成像系统。该系统通过对成像光束进行相位调制得到轴向分裂的点扩散函数,通过荧光差分的方法成功提升系统的轴向分辨率,提升了系统的光切片能力。4.深入研究了飞秒脉冲固有短相干长度对全息双光子激发的视场限制问题。通过光瞳分割扫描的方法,对空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）上的像素进行充分的利用,利用振镜对多个全息图进行快速的读出和传送,在1.3毫秒的时间内实现了 1.3毫米视场的双光子激发。该方法具有可扩展性,与神经科学研究中常用的双光子激发光源和成像系统兼容。
何小龙[5]（2021）在《亚衍射极限飞秒激光直写技术研究》文中研究表明目前,微型化研究领域的最前沿科学研究和技术应用已经进入纳米时代。纳米尺度的功能结构具有特殊的力学、光学和电子学等特性,随着这些年的不断探索和实践逐渐应用于微机械、微光学、光电子学、生物医疗等领域,并体现出了极广阔的应用前景。超快激光制造技术,特别是飞秒激光直写技术,也在这数十年中,取得了巨大研究进展,成为纳米材料和纳米结构的一种灵活、高效、精密和智能的加工制造方法。然而,受制于光学衍射极限,飞秒激光直写技术的特征尺寸和分辨率通常在几百纳米以上,限制了其在纳米制造领域的广泛应用。为此,国内外学者采用多光子聚合技术、衍射元件用于激光聚焦、激光诱导周期性表面结构以及受激辐射损耗激光直写技术等方法意图突破衍射极限,然而多光子聚合技术、衍射元件光刻技术和激光诱导周期性表面结构也只将分辨率提高至一百纳米量级,且激光诱导产生的纳米结构具有一定的随机性。鉴于此,本文结合激光诱导周期性表面结构、受激辐射损耗荧光显微术和激光直写技术,开展了加工分辨率在100 nm以下的亚衍射极限飞秒激光直写技术研究,从激光直写装备、工艺、机理和加工过程等方面进行了分析和研究。搭建了亚衍射极限激光直写加工系统。该系统主要由激光源及调制子系统、光束传输子系统、监测成像子系统、三维移动平台及其控制子系统构成,可以满足单光束和双光束亚衍射极限激光直写加工实验需求。激光源及调制子系统包括波长为800 nm的钛蓝宝石飞秒激光器、波长为532 nm的连续激光器、啁啾脉冲压缩器和电光调制器。光束传输子系统主要由半波片、光束放大器和一系列透镜及反射镜构成,主要用于将激光能量准确地传输到加工位置。监测成像子系统用于实时监测激光焦点位置和纳米结构制造过程。三维移动平台及其控制子系统由三维压电移动平台和加工控制软件构成,实现激光焦点位置在XY-Z三个方向的实时控制。在所搭建的系统上,进行了单光束亚衍射极限激光直写加工实验。探索和分析了入射激光功率、激光偏振方向等主要工艺参数对纳米结构表面形貌的影响。采用合适的参数配比,实现了宽度为40 nm的纳米线、60 nm的纳米沟槽以及周期为180 nm纳米线阵列的可控制备。理论分析了纳米线和纳米沟槽的成形原理,结合实验结果,揭示了入射激光与表面等离子体间的作用机制。建立了单光束亚衍射极限激光直写过程的理论模型,分析了亚衍射极限纳米结构的成形机理。研究超快激光脉冲在工件材料中的非线性传播情况,利用仿真软件模拟并分析其传播过程,确定了介质材料的表面自由电子密度和介电常数;利用得到的介电常数对入射激光与工件表面等离子体干扰效应的电磁场进行仿真,确定了干涉条纹的强度和周期;通过有限元仿真方法对工件表面的温度变化进行分析。利用搭建的亚衍射极限激光直写加工系统,开展了双光束亚衍射极限激光直写加工实验,使用棒状有效聚焦光斑,进行特征尺寸远低于衍射极限的纳米结构制备。系统地研究了激光工艺参数（包括光引发剂类型、激发激光功率和损耗激光功率）对纳米线宽度的影响规律,并用选取的工艺参数在PETA光刻胶中,获得了宽度为45 nm的单根纳米线,仅为激发激光波长的1/18。基于所研制的亚衍射极限激光直写系统,进行了系列复杂三维结构的制备。本文的研究结果表明,相对于传统的激光直写技术和激光诱导周期性表面波纹,亚衍射极限飞秒激光直写方法能够制备出远低于衍射极限的、长度和方向可控的纳米结构,可以为纳米器件和结构的制备提供有效的技术和理论支持,进而推动激光直写技术的分辨率向更小的尺度前进。
李子琦[6]（2020）在《飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用》文中研究表明激光技术是20世纪人类最伟大的发明之一,在科研、工业、医疗、国防等众多领域有着广泛的应用。按照工作模式进行划分,激光可以分为连续激光和脉冲激光。得益于锁模技术的发展,在时间尺度上激光单脉冲的持续时间可被压缩到飞秒量级。相较于传统的连续激光,飞秒激光具有脉冲宽度极短、峰值功率极高以及覆盖频谱范围极广等特点。飞秒激光脉冲与凝聚态物质的超快相互作用,为解决当代物理、化学和生物等领域内的重大挑战提供了强有力的工具。飞秒激光与低维材料的相互作用为探索自然界的不同物质的物理化学性质提供了一种全新的工具途径。随着电子被限制在纳米尺度范围内运动,低维纳米材料,包括例如零维纳米颗粒、一维纳米管和二维层状材料等,表现出了三维体材料所不具备的反常物理性质。飞秒激光泵浦探测技术可以在飞秒量级实时地观测低维凝聚态系统中非平衡态的时间演化,其中包括载流子动力学、声子动力学、电荷密度波和自旋能谷特性。飞秒激光Z扫描光谱可以得到低维材料的三阶非线性光学参数（如饱和强度、调制深度）,对脉冲激光的实现有着重要的指导作用。飞秒激光与介电晶体材料的相互作用打开了通向微型、多种功能集成光学器件的大门。作为集成光子学系统中的基本元件之一,光波导是由高折射率区域被低折射率区域包裹所构成的微结构通道,光信号在其中可以实现无衍射传输。作为波导器件的重要基质材料,介电晶体由于其具有种类丰富、功能多样等优点,被广泛应用于固态激光、非线性光学、量子光学等领域。近年来,利用飞秒激光对介电晶体进行直写从而制备光波导的研究引起了科研人员的广泛的关注。在飞秒激光与透明光学材料晶体相互作用过程中,飞秒激光脉冲的能量通过非线性吸收过程沉积到进入材料内部,引发局域性折射率改变,结合飞秒激光加工系统的优势,可以制备出不同类型的三维光波导结构。低维材料与介电晶体光波导的巧妙结合可以形成新型集成光学器件,如波导脉冲激光器。它们的结合方式主要有两种:一种是通过透射模式结合,另一种是通过倏逝场吸收来实现结合。由于在波导结构中,入射光被限制在微米量级的空间范围内传输,因此波导脉冲激光器具有高效率、体积小、可集成、稳定性高等优点。结合不同种类激光晶体、不同类型光波导和不同维度纳米材料,可以实现基于波导平台的不同光波段（可见光与近红外波段）和不同工作模式（调Q与锁模）的脉冲激光器,扩展了波导激光的应用范围。本论文的主要内容包括利用飞秒激光研究低维纳米材料的超快非平衡态动力学过程;利用飞秒激光研究低维纳米材料的非线性吸收性质;利用飞秒激光微加工技术直写光波导结构;利用离子注入技术在介电晶体材料中合成金属纳米颗粒以及光波导结构与低维纳米材料结合实现波导脉冲激光的产生。根据实验技术和选用纳米材料种类的不同,可以将本论文的主要研究内容和结果总结如下:半导体中的准粒子激发和多体相互作用是理解凝聚态物理和材料科学的基础,在光子技术中也有着巨大的应用潜力。利用化学气相沉积技术（Chemical vapor deposition,CVD）,在石英基底上制备出大尺寸、高质量的二硒化钯（PdSe2）薄膜。通过超低波数拉曼实验,发现了 PdSe2具有与其他二维材料相比不同的反常层间的相互作用。通过飞秒激光脉冲触发PdSe2的非平衡态,观测到A激子的能带重整化效应,激子共振峰改变量达到了 180 meV。利用多体微扰理论,解释了飞秒激光激发的载流子诱导能带减少的物理规律。此外,利用飞秒激光脉冲相干地驱动PdSe2层间和层内的太赫兹（THz）量级原子振荡。其中,诱导的层内原子振荡频率为4.3 THz,层间相干声子振荡频率为0.35 THz。结合自由载流子的能带重整化效应,实现了对能带的4.3 THz的超高重复频率调制。通过宽带泵浦探测技术和第一性原理计算,构建了电子-声子、激子-声子耦合的直观的微观图像,揭示了层内和层间两种不同的相干声子与不同类型电子激发的耦合规律。利用低能银离子注入技术,在钒酸钇（YVO4）晶体内部制备球形银（Ag）纳米颗粒。通过截面透射电子显微镜和线性吸收谱,证明了嵌入式纳米颗粒的成功合成以及其具备的局域表面等离激元共振效应。基于飞秒激光瞬态吸收实验,揭示了 Ag:YVO4复合结构在可见光到近红外范围的载流子动力学过程。基于飞秒激光Z扫描光谱,证明了嵌入银纳米颗粒的复合结构在近红外波段具有优异的饱和吸收特性,可被应用于超快光开关。利用飞秒激光与YVO4晶体的相互作用,我们首次在Nd:YVO4晶体中制备了类光子晶格包层光波导,且波导区域的荧光特性得到了完好的保留。基于嵌入式纳米颗粒与光波导结构,实现了1μm波段调Q激光的产生,其峰值功率达到298 mW。具有高重复频率,特别是重复频率在1 GHz以上的锁模激光器在很多领域有着巨大的应用价值,比如精密计量学、超快非线性光谱学和高速光通信等。利用飞秒激光与YVO4晶体的相互作用,我们在Nd:YVO4晶体中制备了圆形的包层光波导结构。利用石墨烯、MoS2和Bi2Se3三种典型二维材料作为可饱和吸收体,在808 nm激光泵浦下的Nd:YVO4晶体光波导中实现了 6.5 GHz超高基频重复频率调Q锁模脉冲激光输出,三者信噪比均大于50 dB,最短脉冲宽度达到26 ps。探索具有优异非线性光学特性的新型二维材料将有助于提高波导脉冲激光的性能。基于新型的石墨烯/WS2异质结结构和飞秒激光直写的Nd:YVO4晶体光波导,我们实现了工作波长为1064 nm的高效被动调Q波导激光器,最大输出功率为275 mW,斜效率为37%。与相同条件下单一石墨烯或WS2饱和吸收体相比,基于石墨烯/WS2异质结的波导脉冲激光输出具有更高的脉冲能量和更高的斜效率;借助金属纳米颗粒对二维材料进行修饰,可以提升其光学性质和器件性能。利用激光液相烧蚀法在石墨烯表面合成了 Ag2S@Ag纳米复合材料。通过飞秒激光Z扫描光谱,Ag纳米颗粒修饰的石墨烯的非线性光学性能有了显着的提升,饱和强度降低了 56倍,调制深度增大了 19倍。基于更高的调制深度和更低的饱和强度,我们将其应用在Nd:YVO4包层光波导平台中,得到了更短的锁模脉冲;从理论和实验上系统性地研究了新型二维材料二硒化铼（ReSe2）的物理性质,并通过超快Z扫描技术发现其相比其他二维材料具有更低饱和强度和调制深度,这表明ReSe2更易于在波导平台中实现连续锁模脉冲。实验上,我们进一步实现了基于ReSe2被动连续锁模波导激光器,产生了脉宽为29 ps,工作频率为6.5 GHz的超高重复频率连续锁模脉冲激光。利用飞秒激光微纳加工技术,在偏硼酸钡（β-BBO）晶体中制备出微米量级不同尺寸的圆形包层光波导结构。基于端面耦合系统,测量了各个波导在400 nm与800 nm波长的传输损耗及近场光强分布。研究发现基于β-BBO晶体的包层光波导在400 nm与800 nm波长的TM偏振方向显示出良好的传输特性。在800 nm波长下,最小传输损耗为0.19 dB/cm,并且共聚焦显微拉曼技术展示出波导区域的物理性质得到了较好的保留。使用Rsoft（?）软件,模拟了光波导在400 nm与800 nm波长下的传输特性。利用全飞秒激光微加工的方式,在掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）晶体中制备出不同类型的脊型光波导,包含了分支角度不同的Y分支型光波导器件。实验表明,全飞秒激光制备的脊型光波导同时支持TE和TM偏振传输,且具有较低的传输损耗。基于MoSe2作为可饱和吸收体,将Y分支器件与单片波导脉冲激光器件相集成,实现了 1 μm波段的调Q锁模脉冲输出,重复频率高达7.7 GHz。
蔡亚君[7]（2020）在《小型化飞秒光纤光频梳及波长变换关键技术研究》文中进行了进一步梳理飞秒光频梳凭借着其宽光谱及高频率稳定特性,被广泛应用于光学频率测量、绝对距离测量、精密光谱测量、原子钟网络、低噪声微波信号产生等重要研究领域。与其它类型飞秒光频梳相比,基于全保偏光纤及器件的掺铒光纤光频梳因为具有结构紧凑、易于维护、工作波长位于光通信波段、环境适应性强等优点,成为近年来研究和应用的热点。本论文针对飞秒光频梳工程化应用需求,通过实验研究基于全保偏掺铒光纤的飞秒锁模脉冲产生和放大技术、飞秒光频梳的频率探测以及控制锁定技术、飞秒光频梳输出激光非线性波长变换等关键技术,探索获得结构紧凑、性能优异、环境适应性强的应用型飞秒光纤光频梳。本论文主要工作和创新点概括如下:1.设计并实验搭建了一套重频为200 MHz的全保偏飞秒掺铒光纤光学频率梳系统。飞秒振荡器采用线形腔结构,基于SESAM锁模机制,实现了中心波长1560.7 nm,平均功率3.9 m W的飞秒脉冲序列输出。通过利用脉冲宽度为53 fs,峰值功率为12.5 k W的飞秒脉冲泵浦高非线性光纤,实验产生光谱范围覆盖1000 nm2050 nm的倍频程宽带超连续谱。进一步,通过自参考共线“f-2f”干涉技术,获得了信噪比为40 d B的fceo信号。最终,通过反馈调节振荡器腔长和泵浦电流的方式,实现重复频率和载波包络偏移频率的同时锁定。以氢原子钟为参考源,秒稳情况下,7200 s的频率计数时间内重复频率的相对稳定度为1.65′10-12,残余积分时间抖动达到418 fs[3 Hz-1 MHz]。在5 h的频率计数时间内,载波包络偏移频率相对稳定度为3.22′10-11/s,积分相位噪声为0.216 rad[100 Hz-1 MHz]。2.设计并实验搭建了基于1.5mm全保偏锁模激光器的双色可见光梳光源。通过优化放大器和高非线性光纤（零色散点、色散斜率和长度）的参数,使得输出光谱在1086 nm和1266 nm处强度达到最大。之后,采用长度为4 cm,不同极化周期的掺Mg O周期性极化铌酸锂晶体,在112℃和59℃下分别实现543 nm和633 nm倍频激光产生,相应的光谱宽度为0.157 nm和0.174 nm,单梳齿平均功率分别达到1.23mW和1.336mW。这种光谱带宽窄、单梳齿平均功率高的双色可见光梳光源有助于提高光频率测量中拍频信号的信噪比。3.优化设计并研制成功一种新型的兼具高控制带宽和大调节范围的光纤频率促动器用于重复频率的锁定。相比于传统的腔长调节装置,所研制的新型频率促动器是一种基于单一压电陶瓷驱动和精密机械结构相配合的光纤拉伸装置,对光纤无损伤。在使用该频率促动器对振荡器腔长进行调节的情况下,我们对重复频率的动静态响应特性进行了系统的实验研究。静态响应结果表明,该频率促动器对重复频率的调节范围高达106 k Hz。动态响应结果表明,该频率促动器的控制带宽约为1 k Hz。这种兼具高控制带宽和大调节范围的频率促动器可显着降低光频梳功耗及体积。4.探索并开展了小型化、高集成度、高环境适应性的光频梳工程化样机研制工作。自主设计并成功实现了基于自聚焦透镜的微型“f-2f”自参考干涉仪（直径4 mm,长度20 mm）。相比于传统的多透镜组空间干涉仪结构,研制的微型干涉仪具有体积小巧和低成本优势。针对光频梳在室外高精度测距领域应用,我们采用自行研制的光纤频率促动器,结合数字化的可编程门阵列频率稳定技术,国内首次研制成功锁定后重复频率为200 MHz整的全保偏稳频飞秒光纤激光器工程样机（功耗为11 W,体积小于0.0015 m3,重量为1.3kg）。该激光器可承受峰值加速度为1.97 g的振动冲击,在15℃和33℃的环境温度下,频率稳定度均优于2.0?10-11/s。这种高集成度、可靠稳定的稳频光频梳对于户外甚至外太空环境下的高精度绝对距离测量具有重要意义。
杨梦柯[8]（2020）在《快速双光子多脑区荧光成像技术的研究》文中指出双光子激光扫描显微技术凭借细胞或亚细胞水平的高分辨率,目前已经被广泛地应用于观察活体哺乳动物的神经元的神经活动。然而随着神经科学研究的不断深入发展,双光子激光扫描技术的局限也开始显现出来,其中最主要的局限就是观察区域仅仅局限于单一较小视场内（<1mm直径）。这是由于以往的神经科学研究往往都专注以单一脑区的研究,然而在哺乳动物的大脑皮层上分布着负责各种不同功能的脑区,此外除皮层外,还有很多位于大脑内部的对生物活动起到极其重要作用的脑区如海马,纹状体等。由于生物活动是一系列复杂的神经活动的共同作用,涉及很多不同脑区的相互协同和作用,于是,能够同时观察多个脑区的神经元活动对了解大脑的神经元作用机制就变得尤为重要。这里我们提出一种新颖的成像技术,该技术允许对在最大为12mm直径的范围内对不同脑区进行同时的钙信号活动记录,每个脑区的单个视场在200μm直径左右,并实现单细胞分辨率的成像质量以及最低10Hz的快速成像速度。同时我们还进一步扩展了该系统的成像范围从原有的平面到三维立体空间。为了进一步展示该技术的可行性,我们研究了一套合理的生物成像实验的相关技术以配合该技术的实施。例如我们展示了对于小鼠在麻醉和清醒不同生理状态下的初级视觉皮层,初级运动皮层以及海马CA1区的神经元活动的同时记录。该技术的特点在于通过设计优化后的自聚焦透镜和低倍空气物镜的配合,可使得在2维平面上的视场扩展提升为在3维空间上的视场扩展。换句话说,该技术可在横向和纵向上对不同区域实现实时成像,以上述例子为例,虽然海马区与皮层脑区在纵向上的距离已经大于1mm,但是应用该技术可以良好地实现同时观测的目的。本文的主要研究内容如下:1.研究搭建了基于两种不用快速扫描方案的快速双光子激光扫描显微镜,并最终将两套快扫系统整合到一台双光子显微镜上。一套系统为基于检流计式振镜和共振式振镜为扫描器的快扫系统,主要包括X扫描振镜（共振式振镜）、Y扫描振镜（检流计振镜）和扫描透镜和镜筒透镜。光束传播过程为:激光从飞秒光源模块发出,到达X/Y扫描振镜位置,被X/Y扫描振镜扫描后进入扫描透镜并聚焦在扫描透镜工作平面,随后经镜筒透镜的准直进入荧光显微物镜并激发荧光物质。最快速度为1000Hz（像素尺寸600×24）,最大扫描为分辨率为4096×4096像素（帧率为6Hz）。另一套为基于双轴声光偏转器的快扫系统,经过对声光晶体色散补偿设计以及提出利用四个换能器提高声光品质系数和衍射效率,该系统最大帧率为10000Hz（像素尺寸250×40）,由于上述系统具有超高的扫描速度相较于振镜扫描系统有着更高的信噪比,最大提高了175%,同时在相同信号水平下,我们研究发现10000Hz速率较低的扫描速率有着更定的荧光光漂白,这可以实现更长时间的神经活动观察。基于以上两种快扫系统的研究,振镜系统尽管扫描速度不如后者,但配合低倍空气物镜可以提供更大的视野范围,所以我们选择使用以检流计式振镜和共振镜的配合为扫描系统作为多脑区双光子显微的扫描器。实验验证表明,可满足多种的生物实验要求。2.研究搭建了快速多脑区双光子激光扫描显微系统,该系统首次采用多根自聚焦透镜与低倍空气物镜结合,首次实现对皮层正上方的三个脑区第二层神经元活动的同时记录。并最终可对空间立体分布的不同脑区进行同时观察。通过不同的空气物镜与自聚焦物镜结合,我们细致分析了不同组合的主要光学参数-分辨率,同时对NA匹配与不匹配下的能量耦合情况进行了仿真。同时为了实现对能量利用的最大化,我们还设计了NA匹配的自聚焦透镜,并从实验与计算上比较了二者的差别。此外除了进一步实现对不同脑区神经元活动的同时观察,我们设计了另一款自聚焦透镜,通过不同自聚焦透镜与低倍空气物镜的配合,实现首次对横向与纵向不同分布位置的三个脑区钙信号记录。3.研究设计了多脑区生物成像实验方法以及相关实验器件的设计。由于该技术的独创性,使得以该系统为主的生物神经成像实验需要有相对应的实验方法,尤其是配合光学系统的小鼠固定装置,以及手术方法。因为不同于传统的开颅手术,为了实现对多个脑区的同时成像,需要在小鼠颅骨上固定特定的固定皿（chamber）,并根据所需要成像的脑区位点,在chamber上提前设计出相应位点,并根据此进行,多个位点的开颅手术。此过程较传统实验更为复杂,为了更好地通过该系统实施实验,我们摸索了相关的手术实验技术和过程,设计制定了相对应的手术实验步骤,确保了实验的成功率与实验质量。该技术结构简单,只需在传统的双光子显微镜上简单地改造,便可成为多脑区的双光子显微镜,这将极大地帮助了神经科学领域的研究人员对于活体哺乳动物的不同脑区的神经元活动的观察和研究,为推动相关研究提供有力的技术手段。
孙思明[9]（2020）在《飞秒激光直写制备基于蛋白质生物材料的微纳结构与器件》文中指出蛋白质及其衍生物作为生命体最重要的物质基础,广泛存在于自然界中。相比于人工合成的聚合物材料,蛋白质及其衍生物材料具有良好的生物相容性和优异的降解特性,被越来越多的被应用在各个研究领域。在蛋白质高分子结构上存在许多带电荷的活性位点,使其可以方便地进行生物/化学修饰,也可以采用多种微纳加工技术来制备蛋白质微纳结构。现如今,蛋白质材料在生物医学、生物光子学等前沿交叉领域受到了前所未有的关注。目前,应用于加工蛋白质材料的方法主要包括微压印技术、紫外光刻技术、静电纺丝技术、电子束刻蚀、微注射技术、飞秒激光直写技术,3D打印技术等。其中飞秒激光直写技术具有高精度,真三维的特点,且对加工的材料产生较低的附带热损伤,使得飞秒激光加工在蛋白质微纳结构的制备方面具有良好的适用性。考虑到飞秒激光加工属于一种非接触、无掩膜的技术手段,在加工过程中能够避免细菌等杂质的引入,保证有机材料的生物活性,在众多蛋白质材料加工方法中呈现独特优势。通过对飞秒激光加工光路的设计,可以实现在任意环境和衬底上对特定材料的修饰,甚至可以在活体细胞附近进行材料原位加工,如蛋白质微纳结构的制备,从而实现生物微纳集成。然而飞秒激光微纳加工技术在蛋白质微纳结构的制备方面仍处于研究的起步阶段。一方面,相比于目前较为热门的3D打印技术,飞秒激光加工技术对材料内部网格密度的高精度控制能力还没有得到充分的发挥与重视。另一方面,可用于加工的蛋白质材料局限于牛血清白蛋白等已成功制备的材料,对其它功能型蛋白质的研究较少。本论文利用飞秒激光直写技术实现了多种蛋白质材料的微纳结构化。研究了丝胶蛋白质及其与银纳米复合材料的微纳加工,成功制备了多种真三维结构的微纳器件并应用于诱导细胞生长;还制备了基于牛血清白蛋白的Y型光功分器,利用蛋白质材料本身对溶液中离子浓度敏感的特性,实现了微型功分器对环境pH值变化的响应调谐。具体内容包括:一,实现了对丝胶蛋白质微纳结构的飞秒激光直写过程。系统的介绍了从飞秒激光直写加工系统搭建;到从蚕茧中制备丝胶蛋白质粉末,再配置用于飞秒激光加工的丝胶蛋白质和光敏剂亚甲基蓝的混合溶液,最终利用飞秒激光制备出丝胶蛋白质二维/三维微纳结构;进一步,我们配置了丝胶蛋白质和银盐溶液的复合材料,利用飞秒激光实现了丝胶蛋白质对银离子的生物矿化效果,制备了丝胶与银的复合微纳结构,并通过调控参数实现了对复合微纳结构中银含量的调节二,详细探讨了飞秒激光直写丝胶蛋白质微纳结构的相关物理化学性质。发现丝胶微纳结构具有很高的杨氏模量,在空气中的杨氏模量可以达到3.35 GPa,远高于其它蛋白质微纳结构的杨氏模量。用405 nm的光对丝胶蛋白质微纳结构进行激发,测试了荧光光谱,结果表明飞秒激光作用后丝胶蛋白质发生交联荧光发射谱上会产生多个荧光发射峰,如463 nm和514 nm处的荧光发射峰等,这些荧光基团同时发射荧光在宏观上表现为肉眼可见的蓝色荧光效果。我们还测试了丝胶微纳结构ATR-FTIR光谱以及生物酶降解效果。最终将飞秒激光加工的丝胶微纳结构用于细胞培养,证明了丝胶微纳结构对细胞生长具有一定的诱导效果。三,调控飞秒激光加工微纳结构时的参数,制备了基于牛血清白蛋白的Y型功分器。利用飞秒激光三维可设计的加工能力,在蛋白质Y结型微光学功分耦合器的分叉位置制成一种半反半透镜效果的微界面结构,可以将功分器的分光比率由未加入此微界面的1:1,提高到3:1。采用另一种“三叉微界面”设计方式,实现了器件对环境中pH值变化的响应探测效果,当溶液环境中pH值从2.0到6.0范围变化时,两分支的分光比从1.48:1变化到1.85:1,且这一过程是可逆的。综上,在本论文中,利用飞秒激光直写工艺制备了基于丝胶蛋白的微纳结构,为诱导细胞生长,软骨组织细胞培养等提供了高效的方法。另一方面,利用蛋白质侧链氨基酸携带电荷的性质,以及飞秒激光直写高精度的点控制能力,实现了微光学器件对环境pH值的响应调谐。相信本文工作将有助于推动飞秒激光直写技术在生物、医疗等方面的发展和应用。
李驰[10]（2020）在《光纤内部集成聚合物波导光栅的制备及应用》文中认为与传统的电学传感器相比,光纤传感器具备许多优势,并已广泛应用于多个学科领域和实际应用中,比如:环境温度、湿度监测;生物大分子检测;油田流速探测等等。本论文主要是针对利用飞秒激光双光子聚合增材加工技术制备光纤内集成聚合物微纳功能结构进行研究。主要内容如下:1.首先,介绍了飞秒激光双光子聚合增材加工技术在国内外的研究进展,基于此技术制备出的器件和在光纤传感领域中的应用。介绍了基于聚合物光纤的Bragg光纤光栅器件的研究进展和其在光纤传感领域中的应用。2.介绍了飞秒激光与光刻胶透明物质的非线性作用过程,详细介绍了双光子吸收和双光子聚合的两个过程。并基于波导耦合模理论推导出光纤Bragg光栅命名不一致的耦合方程。3.采用飞秒激光双光子聚合增材加工技术制备了光纤内集成的聚合物波导模式干涉传感器。实验中优化了聚合物波导的制备工艺,实现了波导模式干涉仪,利用透射光谱中的干涉峰监测环境温度的变化,该器件的温度灵敏度为:6.4nm/℃。4.采用飞秒激光双光子聚合增材加工技术制备了光纤内集成的聚合物Bragg波导光栅传感器。实验中优化了聚合物Bragg波导光栅的制备工艺,仿真研究了聚合物波导中模式特性和色散曲线,利用Bragg谐振波长监测环境温度的变化,得出该器件的温度灵敏度为:-220 pm/°C。5.采用飞秒激光双光子聚合增材加工技术制备了光纤内部集成聚合物纳米波导Bragg光栅全光调制器。实验中优化了波导的结构参数和加工工艺流程,成功制备出653 nm的聚合物波导,并基于材料的光热效应和其较高的热光系数,实现了光纤集成全光调制器的应用,得出器件的时间响应为:176 ns。
二、Fabrication of Micro -Optical Devices by a Femtosecond Laser（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Fabrication of Micro -Optical Devices by a Femtosecond Laser（论文提纲范文）
（2）基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 飞秒激光的时域和频域性质 |
| 1.2 光频梳的发展和应用 |
| 1.3 光频率梳光谱学的发展 |
| 1.3.1 光频梳光谱技术简介 |
| 1.3.2 单腔双频梳光谱学 |
| 1.3.3 光频梳参考的光谱学 |
| 1.4 飞秒时域拉伸技术的发展 |
| 1.4.1 飞秒时域拉伸技术简介 |
| 1.4.2 时域拉伸超快测距和成像的应用 |
| 1.4.3 时域拉伸超快光谱分析 |
| 1.5 研究意义和论文主要内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 论文主要内容 |
| 第二章 基于飞秒非平衡时域拉伸光谱学的超快气体探测 |
| 2.1 时域拉伸后光频梳的时频映射关系 |
| 2.2 非平衡时域拉伸干涉仪 |
| 2.2.1 平衡与非平衡时域拉伸的干涉对比 |
| 2.2.2 基于Optiwave光学建模软件的色散参数优化 |
| 2.2.3 高阶色散对时域拉伸干涉测量的影响 |
| 2.3 超快气体探测实验 |
| 2.3.1 实验设计 |
| 2.3.2 超快探测结果 |
| 2.3.3 光谱压缩系数和分辨率 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 基于光谱映射的宽光谱分析技术 |
| 3.1 传统光栅光谱仪发展的瓶颈 |
| 3.2 超快气体探测中的数据处理问题 |
| 3.3 微波光子学信号处理技术 |
| 3.3.1 微波光子学简介 |
| 3.3.2 微波测量领域的应用 |
| 3.4 宽带啁啾微波信号的光学调制 |
| 3.4.1 宽带啁啾微波信号的产生 |
| 3.4.2 基于Optiwave软件的光学调制仿真 |
| 3.5 基于光谱映射的宽光谱分析实验 |
| 3.5.1 实验设计 |
| 3.5.2 边带光谱分析 |
| 3.6 基于光谱映射的光谱仪设计 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 基于频率扫描和锁定的低带宽多外差光谱学 |
| 4.1 多外差光频梳光谱学简介 |
| 4.2 单频光与光频梳的多外差探测 |
| 4.2.1 单频光与光频梳多外差干涉原理 |
| 4.2.2 多外差探测的光谱学应用 |
| 4.2.3 低带宽多外差探测的实现方式 |
| 4.3 光频梳参考的频率锁定和扫描技术 |
| 4.3.1 单频光的频率锁定和扫描 |
| 4.3.2 频率锁定效果和扫描间隔计算 |
| 4.4 气体光谱的低带宽多外差探测 |
| 4.4.1 实验设计 |
| 4.4.2 梳齿间拍频的抑制 |
| 4.4.3 宽谱扫描模式 |
| 4.4.4 精密分析模式 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 时域拉伸在大气光谱分析中的应用展望 |
| 5.1 气体探测激光雷达中的频率扫描和锁定 |
| 5.2 时域拉伸和频率选通 |
| 5.3 基于时域拉伸和频率选通的气体探测激光雷达 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结 |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 致谢 |
（3）碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 热电换能技术 |
| 1.2.1 塞贝克效应 |
| 1.2.2 佩尔捷效应 |
| 1.2.3 汤姆逊效应 |
| 1.2.4 热电材料性能评价 |
| 1.2.5 热电材料中的耦合关系 |
| 1.3 CNT和Bi_2Te_3复合薄膜研究背景 |
| 1.3.1 柔性热电材料研究背景及研究现状 |
| 1.3.2 碳纳米管薄膜研究背景 |
| 1.3.3 热电材料性能优化策略 |
| 1.4 柔性与微型化热电器件 |
| 1.4.1 热电器件柔性和微型化的必要性 |
| 1.4.2 研究现状 |
| 1.5 本领域的研究难点 |
| 1.5.1 薄膜材料热导率的测量 |
| 1.5.2 薄膜材料的加工和转移 |
| 1.6 本论文的研究内容和意义 |
| 第2章 材料表征测试及辅助平台构建 |
| 2.1 材料结构表征 |
| 2.2 材料电学和柔性性能表征 |
| 2.2.1 热电性能测试 |
| 2.2.2 霍尔测试 |
| 2.2.3 柔性测试 |
| 2.3 薄膜导热性能表征平台构建 |
| 2.3.1 简介 |
| 2.3.2 瞬态3ω-频域法 |
| 2.3.3 稳态SiN_x悬臂桥法 |
| 2.4 薄膜无损加工平台构建 |
| 2.4.1 飞秒激光加工简介 |
| 2.4.2 飞秒激光微纳加工平台构建及相关成果 |
| 2.5 热电器件性能表征 |
| 2.5.1 测试原理 |
| 2.5.2 设备设计与构建 |
| 2.5.3 器件性能测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 CNTs/Bi_2Te_3复合热电薄膜材料 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 复合薄膜制备与结构表征 |
| 3.3 复合热电薄膜性能研究 |
| 3.3.1 热电性能分析 |
| 3.3.2 碳纳米管的作用机理分析 |
| 3.3.3 柔性性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 界面调控优化CNTs/Bi_2Te_3复合薄膜热电性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 等离子体界面调控 |
| 4.2.1 结构设计与性能优化 |
| 4.2.2 等离子体处理的复合薄膜制备 |
| 4.3 结构表征 |
| 4.3.1 碳纳米管与复合薄膜结构表征 |
| 4.3.2 界面结构表征 |
| 4.4 热电性能表征 |
| 4.4.1 碳纳米管薄膜性能分析 |
| 4.4.2 复合膜热电性能分析 |
| 4.4.3 柔性性能 |
| 4.5 界面调控机理分析 |
| 4.5.1 等离子体处理对碳管的性能影响 |
| 4.5.2 碳管性能的变化 |
| 4.5.3 解耦机制分析 |
| 4.5.4 晶格热导率变化分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 柔性、微型热电发电和制冷器件 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微型热电薄膜器件 |
| 5.2.1 器件设计 |
| 5.2.2 器件制备 |
| 5.2.3 热电发电性能测试 |
| 5.2.4 热电制冷性能测试 |
| 5.3 微型柔性热电器件 |
| 5.3.1 器件设计 |
| 5.3.2 器件制备 |
| 5.3.3 器件性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 全文结论 |
| 6.1 论文的主要结论 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（4）双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写、符号清单和术语表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 双光子显微的早期发展 |
| 1.1.1 双光子荧光激发过程 |
| 1.1.2 双光子激发的点扩散函数 |
| 1.2 双光子系统的构建 |
| 1.3 双光子显微国内外研究现状 |
| 1.4 双光子系统的进一步的发展方向 |
| 1.5 本论文的主要研究内容和创新点 |
| 1.5.1 本论文的创新点 |
| 1.5.2 本论文的主要内容及章节安排 |
| 2 利用荧光差分方法提升双光子显微系统的成像分辨率和对比度 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 理论和方法 |
| 2.2.1 共聚焦及荧光差分 |
| 2.2.2 双光子荧光差分显微系统的成像过程 |
| 2.2.3 荧光激发的饱和效应 |
| 2.2.4 比例相关二次强度加权微分方法 |
| 2.3 双光子荧光差分显微系统设计 |
| 2.3.1 系统总体介绍 |
| 2.3.2 光源的选择 |
| 2.3.3 振镜扫描模块 |
| 2.3.4 光学元件的选择 |
| 2.3.5 实验样品准备 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 利用像素重组提升双光子显微系统横向分辨率 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论和方法 |
| 3.3 仿真计算及系统设计 |
| 3.3.1 双光子显微系统中的像素重组方法仿真 |
| 3.3.2 探测模块的设计 |
| 3.3.3 实验系统设计 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 利用轴向差分方法提升双光子显微系统轴向分辨率 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论分析及实验方法 |
| 4.2.1 双光子显微系统中的相位调制 |
| 4.2.2 实验装置 |
| 4.2.3 样品准备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 利用光瞳分割扫描实现系统视场的提升 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统架构 |
| 5.3 光瞳分割扫描系统构建 |
| 5.4 双光子全息激发实验结果 |
| 5.5 讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间主要的研究成果 |
（5）亚衍射极限飞秒激光直写技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 飞秒激光直写技术的发展现状 |
| 1.2.1 飞秒激光直写技术的原理 |
| 1.2.2 飞秒激光直写技术的应用 |
| 1.2.3 飞秒激光直写加工的衍射极限 |
| 1.3 突破光学衍射极限的激光加工技术 |
| 1.3.1 多光子聚合加工技术 |
| 1.3.2 用于激光聚焦技术的衍射光学元件 |
| 1.3.3 激光诱导周期性表面结构技术 |
| 1.3.4 受激发射损耗激光直写技术 |
| 1.4 现有突破衍射极限技术存在的问题分析 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 亚衍射极限激光直写加工系统的搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 亚衍射极限激光直写加工方法及系统方案设计 |
| 2.2.1 亚衍射极限激光直写加工方法 |
| 2.2.2 亚衍射极限激光直写系统设计 |
| 2.3 亚衍射激光直写功能子系统 |
| 2.3.1 激光源与调制子系统 |
| 2.3.2 光束传输子系统 |
| 2.3.3 压电移动平台及其控制子系统 |
| 2.3.4 监测成像子系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 单光束亚衍射极限激光直写纳米结构及其成形过程研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单光束亚衍射极限激光直写实验方案设计 |
| 3.2.1 实验设备 |
| 3.2.2 实验材料选择与工艺过程 |
| 3.2.3 测试与表征 |
| 3.3 单光束亚衍射极限激光直写纳米结构成形过程 |
| 3.3.1 LIPSS纳米结构成形原理分析 |
| 3.3.2 单光束亚衍射极限激光直写加工机制 |
| 3.4 单光束亚衍射极限激光直写工艺参数对纳米结构轮廓的影响 |
| 3.4.1 入射激光能量的影响 |
| 3.4.2 激光偏振方向的影响 |
| 3.4.3 亚衍射极限纳米结构表面形貌分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 单光束亚衍射极限激光直写过程数值仿真研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单光束亚衍射极限激光直写过程数值仿真流程 |
| 4.3 飞秒激光脉冲在介质中的非线性传播及特性分析 |
| 4.3.1 飞秒激光脉冲作用下介电常数理论建模 |
| 4.3.2 飞秒激光脉冲在介质中的非线性传播分析 |
| 4.3.3 飞秒激光脉冲在介质中的非线性传播数值仿真 |
| 4.3.4 飞秒激光脉冲照射下材料的特性分析 |
| 4.4 纳米结构成形电场仿真及分析 |
| 4.5 纳米结构成形温度场仿真及分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 双光束亚衍射极限激光直写工艺及微三维结构制备 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 双光束亚衍射极限激光直写实验方案设计 |
| 5.2.1 实验材料 |
| 5.2.2 实验装置 |
| 5.2.3 测试与表征 |
| 5.3 激光直写工艺参数对纳米线宽的影响 |
| 5.3.1 光引发剂类型对纳米线宽的影响 |
| 5.3.2 激发激光能量对纳米线宽的影响 |
| 5.3.3 损耗激光能量对纳米线宽的影响 |
| 5.4 激光直写加工制作复杂微三维结构 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论基础和实验方法 |
| 2.1 低维纳米材料与介电晶体材料 |
| 2.2 飞秒激光与低维纳米材料的相互作用 |
| 2.3 飞秒激光与介电晶体的相互作用 |
| 2.4 基于光波导平台的紧凑型激光器 |
| 参考文献 |
| 第三章 二维材料的准粒子超快动力学研究及太赫兹能带调制器 |
| 3.1 二维层状二硒化钯材料的制备及基础表征 |
| 3.2 飞秒激光诱导能带重整化及太赫兹相干声子振荡 |
| 参考文献 |
| 第四章 嵌入式金属纳米颗粒的光学性质及在近红外光开关的应用 |
| 4.1 离子注入制备嵌入式金属纳米颗粒及光学特性研究 |
| 4.2 基于嵌入式纳米颗粒与飞秒直写光波导的波导激光器 |
| 参考文献 |
| 第五章 飞秒激光写入YVO_4包层光波导及超高重复频率激光性能研究 |
| 5.1 基于石墨烯、MoS_2、Bi_2Se_3饱和吸收体的6.5 GHz调Q锁模波导激光 |
| 5.2 基于WSe_2饱和吸收体的6.5 GHz调Q锁模波导激光 |
| 参考文献 |
| 第六章 新型二维材料的超快非线性光学特性及在波导激光中的应用 |
| 6.1 Graphene/WS_2二维异质结的非线性光学性质及其在调Q激光中的应用 |
| 6.2 Ag纳米颗粒修饰对Graphene的非线性光学响应增强及其应用 |
| 6.3 基于ReSe_2新型可饱和吸收体的连续锁模波导激光器 |
| 参考文献 |
| 第七章 飞秒激光写入Nd:YAG晶体光波导及在脉冲激光器中的应用 |
| 7.1 基于Nd:YAG包层波导与新型二维材料PtSe_2的8.8 GHz脉冲激光器 |
| 7.2 飞秒激光烧蚀制备Nd:YAG脊型光波导及在波导激光中的应用 |
| 参考文献 |
| 第八章 飞秒激光写入β-BBO晶体包层光波导的研究 |
| 8.1 实验过程 |
| 8.2 结果与讨论 |
| 8.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第九章 总结与展望 |
| 9.1 总结 |
| 9.2 主要创新点 |
| 9.3 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励 |
| 学术论文 |
| 发明专利 |
| 参加的国内及国际会议 |
| 获得的荣誉、奖励: |
| 附三篇已发表论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）小型化飞秒光纤光频梳及波长变换关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 光学频率梳概述 |
| 1.2 光频梳的产生原理 |
| 1.3 光学频率梳的应用 |
| 1.4 掺铒光纤光频梳的研究现状 |
| 1.5 本论文的选题意义与结构安排 |
| 第2章 全保偏掺铒光纤飞秒脉冲的产生与放大技术研究 |
| 2.1 全保偏飞秒锁模光纤激光的产生技术 |
| 2.1.1 飞秒光纤激光的产生原理 |
| 2.1.2 被动锁模光纤激光技术 |
| 2.1.3 基于SESAM锁模机制的全保偏飞秒光纤激光实验研究 |
| 2.2 飞秒脉冲光纤激光的非线性放大及压缩实验研究 |
| 2.2.1 飞秒脉冲光纤激光的非线性放大原理 |
| 2.2.2 飞秒脉冲光纤激光的非线性放大及压缩实验研究 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 全保偏掺铒光纤光频梳频率探测及精密控制技术研究 |
| 3.1 重复频率及载波包络偏移频率的产生和探测 |
| 3.1.1 重复频率的产生及探测 |
| 3.1.2 基于非线性波长变换技术的自参考载波包络偏移频率的探测 |
| 3.1.3 全光纤结构的集成f-2f干涉仪设计及实现 |
| 3.2 光频梳频率反馈机制与不动点模型 |
| 3.3 频率控制促动器 |
| 3.4 锁相环原理及技术简介 |
| 3.5 光频梳频率静态调节及动态响应特性实验研究 |
| 3.5.1 重复频率与载波包络偏移频率的静态调节特性 |
| 3.5.2 光频梳频率动态响应特性 |
| 3.6 光频梳频率锁定技术实验研究 |
| 3.6.1 重复频率锁定的实验研究 |
| 3.6.2 载波包络偏移频率锁定的实验研究 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 全保偏双色可见光频梳产生的实验研究 |
| 4.1 光频梳波长变换技术研究概述 |
| 4.2 543nm和633nm可见光光梳光谱产生实验研究 |
| 4.2.1 三支路全保偏光纤基础的可见光梳系统结构 |
| 4.2.2 超连续谱的产生过程及结果 |
| 4.2.3 非线性频率转换原理 |
| 4.2.4 543nm和633nm激光的产生 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 全保偏掺铒光纤稳频光频梳小型化及环境适应性研究 |
| 5.1 小型化、高集成、全保偏掺铒光纤稳频光频梳的设计与实现 |
| 5.2 冲击振动适应性研究 |
| 5.2.1 冲击振动实验及结果 |
| 5.2.2 冲击振动结果分析 |
| 5.3 环境温度变化适应性研究 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 缩略词 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）快速双光子多脑区荧光成像技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 课题研究技术及应用背景 |
| 1.1.2 双光子荧光显微技术 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 基于双光子荧光技术实现多脑区成像的国内外技术发展现状 |
| 1.3 论文研究目的内容和安排 |
| 第二章 基于共振镜式扫描双光子成像系统设计与搭建 |
| 2.1 双光子荧光显微成像系统概述与原理 |
| 2.2 光学系统设计 |
| 2.2.1 光学系统设计思路与方案 |
| 2.2.2 各部分器件指标与选型 |
| 2.3 机械结构设计 |
| 2.3.1 扫描箱的结构设计 |
| 2.3.2 显微镜镜体、基座和探测模块的结构设计 |
| 2.3.3 扫描箱与显微镜的连接方式 |
| 2.3.4 样本电动平移台的结构设计 |
| 2.3.5 显微镜遮光外罩和引导光路外罩结构设计 |
| 2.4 电控与软件系统设计 |
| 2.4.1 组成原理 |
| 2.4.2 软件设计总方案 |
| 2.4.3 数据格式转换软件设计 |
| 2.5 实验测试 |
| 2.5.1 成像速度测试 |
| 2.5.2 生物组织成像测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于声光偏转器式扫描双光子成像系统设计与搭建 |
| 3.1 基于声光偏转器的双光子荧光显微系统概述与原理 |
| 3.2 基于声光偏转器的双光子系统的设计与搭建 |
| 3.3 基于声光偏转器的双光子荧光显微镜实验测试 |
| 3.4 超高成像速率(10kHz)对生物成像质量的影响的研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 快速双光子多脑区荧光成像系统的设计与搭建 |
| 4.1 快速双光子多脑区荧光成像系统概述 |
| 4.2 快速双光子多脑区荧光成像系统的研制 |
| 4.3 快速双光子多脑区荧光成像系统成像范围在空间上的三维扩展 |
| 4.4 快速双光子多脑区荧光成像系统的时空分辨率和串扰的测量 |
| 4.4.1 快速双光子多脑区荧光成像系统的时空分辨率的测量 |
| 4.4.2 快速双光子多脑区荧光成像系统串扰的测量 |
| 4.5 快速双光子多脑区荧光显微系统的优化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于快速双光子荧光多脑区成像系统的神经生物学成像实验 |
| 5.1 神经生物实验的材料准备 |
| 5.1.1 实验动物 |
| 5.1.2 实验仪器和试剂材料 |
| 5.1.3 实验所需试剂的配置 |
| 5.1.4 玻璃微电极的拉制 |
| 5.2 小鼠病毒注射 |
| 5.3 神经生物学成像实验 |
| 5.3.1 动物手术 |
| 5.3.2 快速双光子多脑区荧光形态学成像结果 |
| 5.3.3 初级运动皮层,初级视觉皮层和海马CA1 区在小鼠麻醉和清醒状态下的同时成像及钙信号数据处理。 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 论文主要工作 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）飞秒激光直写制备基于蛋白质生物材料的微纳结构与器件（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 蛋白质材料及其应用简介 |
| 1.1.1 常见的蛋白质材料 |
| 1.1.2 蛋白质材料在各研究领域的应用 |
| 1.2 飞秒激光直写蛋白质加工技术 |
| 1.2.1 飞秒激光直写技术简介 |
| 1.2.2 飞秒激光直写技术对蛋白质的微纳加工 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 第二章 飞秒激光加工丝胶蛋白质微纳结构 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 用于加工的丝胶蛋白质溶液的配置 |
| 2.2.1 丝胶蛋白质的提炼 |
| 2.2.2 可用于飞秒激光直写丝胶蛋白质溶液的配置 |
| 2.3 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件 |
| 2.3.1 飞秒激光直写加工系统的搭建 |
| 2.3.2 飞秒激光加工参数的优化 |
| 2.3.3 飞秒激光加工二维丝胶蛋白质微纳结构 |
| 2.3.4 飞秒激光加工三维丝胶蛋白质微纳结构 |
| 2.4 飞秒激光加工丝胶蛋白质与银复合材料 |
| 2.4.1 飞秒激光加工丝胶蛋白质与银盐溶液的原理 |
| 2.4.2 飞秒激光加工丝胶蛋白质与银复合结构元素表征 |
| 2.4.3 丝胶蛋白质与银盐溶液中银含量的调控 |
| 2.4.4 预曝光处理丝胶蛋白质和银盐溶液对复合结构的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件的性质与应用 |
| 3.1 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件性质的研究 |
| 3.1.1 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件的机械强度 |
| 3.1.2 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件的荧光特性 |
| 3.1.3 飞秒激光加工制备丝胶蛋白质微纳器件的红外吸收特性 |
| 3.2 水解酶对丝胶蛋白质微纳器件的影响 |
| 3.3 激光加工丝胶蛋白质微纳器件在细胞培养方面的应用 |
| 3.3.1 丝胶蛋白质及其复合材料的细胞培养效果 |
| 3.3.2 丝胶蛋白质及其复合材料的细胞培养基毒性测试 |
| 3.3.3 丝胶蛋白质及其复合材料细胞培养的普适性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 飞秒激光制备具有刺激响应能力的蛋白质Y型功分器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 飞秒激光直写制备Y型功分器微光学器件 |
| 4.2.1 飞秒激光直写制备Y型功分器微光学器件的制备 |
| 4.2.2 Y型功分器的光学测试 |
| 4.3 Y型功分器微光学器件内部结构设计 |
| 4.4 蛋白质Y型功分器微光学器件的pH传感研究 |
| 4.4.1 溶液pH变化对Y型功分器微光学器件的分光比率影响 |
| 4.4.2 蛋白质对溶液pH值变化响应的机理探究 |
| 4.5 不同环境下Y型功分器微光学器件的数值模拟 |
| 4.6 环境温度对蛋白质水凝胶折射率变化的影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（10）光纤内部集成聚合物波导光栅的制备及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 飞秒激光双光子聚合加工技术的研究进展 |
| 1.2 聚合物波导光栅的研究进展 |
| 第2章 飞秒激光双光子聚合原理及波导光栅耦合理论 |
| 2.1 飞秒激光双光子聚合加工原理 |
| 2.1.1 光刻胶简介 |
| 2.1.2 双光子吸收过程 |
| 2.1.3 双光子聚合过程 |
| 2.2 Bragg波导光栅耦合理论 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 飞秒激光双光子聚合制备聚合物波导模式干涉仪传感器 |
| 3.1 光刻胶的合成 |
| 3.2 聚合物波导模式干涉仪的工作原理 |
| 3.3 聚合物波导模式干涉仪的制备技术 |
| 3.4 温度传感测试及特性分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 飞秒激光双光子聚合制备聚合物波导Bragg光栅传感器 |
| 4.1 聚合物波导Bragg光栅的工作原理 |
| 4.2 聚合物波导Bragg光栅的制备技术 |
| 4.3 聚合物波导Bragg光栅的模式特性分析 |
| 4.4 温度和湿度传感测试及特性分析 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 基于聚合物波导Bragg光栅的全光调制器 |
| 5.1 聚合物波导Bragg光栅全光调制器的工作原理 |
| 5.2 聚合物波导Bragg光栅全光调制器的制备技术 |
| 5.3 聚合物波导Bragg光栅全光调制器的性能测试 |
| 5.3.1 全光调制器的静态和动态性能测试 |
| 5.3.2 全光调制器的稳定性测试 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本论文的总结 |
| 6.2 本论文的创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 导师评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
四、Fabrication of Micro -Optical Devices by a Femtosecond Laser（论文参考文献）
- [1]非线性激光制造的进展与应用(特邀)[J]. 刘雨晴,孙洪波. 红外与激光工程, 2022
- [2]基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术[D]. 章振. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究[D]. 赵洋. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]双光子显微成像分辨率、对比度及视场提升的方法与技术研究[D]. 孙试翼. 浙江大学, 2020(02)
- [5]亚衍射极限飞秒激光直写技术研究[D]. 何小龙. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [6]飞秒激光与低维材料及介电晶体相互作用及其应用[D]. 李子琦. 山东大学, 2020
- [7]小型化飞秒光纤光频梳及波长变换关键技术研究[D]. 蔡亚君. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [8]快速双光子多脑区荧光成像技术的研究[D]. 杨梦柯. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [9]飞秒激光直写制备基于蛋白质生物材料的微纳结构与器件[D]. 孙思明. 吉林大学, 2020(08)
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