飞秒激光诱导透明介质功能微结构的机理与应用

飞秒激光与凝聚态物质的相互作用是当今国际凝聚态物理和材料科学研究领域的一个热点。以往的研究主要集中在基于飞秒激光超短脉冲和超高电场特性的加工精度高、热效应小、多光子过程等研究方向。我们的探索性研究表明利用飞秒激光脉冲的偏振、啁啾及相位和幅度调制，特别是利用整形的飞秒激光脉冲可以发现基于强场超快激光与透明介质相互作用的新现象，开拓一个全新的飞秒激光操控凝聚态物质微纳结构的研究领域。本项目将围绕发现脉冲整形的飞秒激光诱导透明介质微结构的新现象和新规律，系统研究飞秒激光照射条件（偏振、啁啾及相位和幅度等）对多光子激励发光﹑电子跃迁以及离子价态变化等微结构的影响；用显微拉曼、透射电镜等进行微观结构分析和表征；建立考虑聚焦系统球差等影响的基于非傍轴非线性薛定谔方程描述激光在介质中能流密度分布的理论模型；开拓基于多光束干涉以及空间光强度调制的空间选择性微纳结构操控技术，探讨在微光学集成器件方面的应用。

飞秒激光与凝聚态物质的相互作用是当今国际凝聚态物理和材料科学研究领域的一个热点。以往的研究主要集中在基于飞秒激光超短脉冲和超高电场特性的加工精度高、热效应小、多光子过程等研究方向。我们的研究表明利用飞秒激光脉冲的偏振、啁啾及相位和幅度调制，特别是利用整形的飞秒激光脉冲可以发现基于强场超快激光与透明介质相互作用的新现象，开拓一个全新的飞秒激光操控凝聚态物质微纳结构的研究领域。本项目发现了脉冲整形的飞秒激光诱导透明介质微结构的新现象和新规律，系统研究了飞秒激光照射条件（偏振、啁啾及相位和幅度等）对多光子激励发光﹑电子 跃迁以及离子价态变化﹑纳米光栅形成等微结构的影响；用显微拉曼、透射电镜等进行了微观结构分析和表征；建立了考虑聚焦系统球差等影响的基于非傍轴非线性薛定谔方程描述激光在介质中能流密度分布的理论模型； 开拓了基于多光束干涉以及空间光强度调制的空间选择性微纳结构操控技术，并探讨了在光学微腔等微光学集成器件方面的应用。进一步将飞秒激光与物质相互作用拓展到溶液体系，发现了飞秒激光诱导新现象，开拓了复合功能纳米材料制备新技术。项目取得了系列研究成果，发表了45篇SCI论文，邱建荣荣获美国陶瓷协会Morey奖，在国内外产生了一定影响，引起了学术界的关注。