·“超快”的世界—飛秒激光技術簡介東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology目錄東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心諾貝爾物理學獎——高亮度藍色發光二極管目錄東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心諾貝爾化學獎——超分辨率熒光顯微技術目錄東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心一、研發中心概況二、激光及其歷史三、飛秒激光及發展四、飛秒激光特點與作用工程中心總建筑面積2000平方米，布局合理研發設備齊全，總價值1000萬元隸屬于東莞理工學院光電信息工程與技術方向人員共23人，其中正高1人，副高10人，博士13人激光加工工程中心LED開發與檢測中心太赫茲檢測實驗室光電材料制備與表征實驗室光通信實驗中心一、中心概況—中心簡介東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心一、中心概況—發展歷史東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2003起初隸屬于電子科學與技術學科光電子方向2003年10月開始建設，起初為光電信息實驗室2009購置LED檢測、光電材料制備設備LED照明與顯示系統的設計、新型光電材料制備等研究方向2012承擔了國家重大儀器開發專項飛秒激光應用、太赫茲檢測技術等前沿研究方向二、中心概況——研究平臺東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心具有LED燈具及顯示屏的設計與性能檢測等領域的儀器包括積分球、光色電分析系統、LED電源自動測試系統、GO1900L燈具配光曲線測試系統承擔廣東省戰略性新興產業項目1項，與東莞多家LED企業進行產學研合作1、

LED研發與檢測平臺積分球光色電分析系統GO1900L燈具配光曲線測試系統東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、高功率鈦寶石飛秒激光系統具有國內先進的鈦寶石飛秒激光系統——包括EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器、EverBright-50鈦寶石飛秒激光放大器——開展各類超快物理、化學、生物研究以及精密加工研究——作為國家重大儀器開發專項太赫茲光源EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器EverBright-50鈦寶石飛秒激光放大器二、中心概況——研究平臺東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心3、太赫茲時域光譜系統工程中心擁有國內為數不多的太赫茲時域光譜系統——國家重大儀器開發專項子任務——半導體材料太赫茲光譜檢測；——物體成像、環境監測、醫療診斷、射電天文、寬帶移動通訊、衛星通信等領域。太赫茲時域光譜系統內部光路光譜數據采集及處理平臺二、中心概況——研究平臺東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心工程中心具有完備的光電材料制備和測試設備——可用多種方法制備多種光電材料：固相反應法、溶膠凝膠法、水熱法等——透射光譜測試系統、表面光電壓譜測試系統、材料發光測試系統、橢偏儀和X射線衍射儀等。4、光電材料制備和測試平臺高溫燒結爐三靶共濺射磁控濺射儀X射線衍射儀二、中心概況——研究平臺東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心光通信及光纖實驗與科研平臺：——用全光纖放大器來代替以前的光－電－光中繼器系統，進行傳輸系統的實驗——關于光纖通信系統的項目研究構建實驗研究平臺——光子晶體光纖傳輸研究DWDM可調衰減器λ1λ2λ3λ4EFDA光譜分析儀光通信系統實驗研究平臺5、光通信系統實驗研究平臺光子晶體光纖傳輸研究二、中心概況——研究平臺二、激光及其歷史東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心激光——受激發射的光放大LASER——LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation1、什么是激光？東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、激光發展歷史二、激光及其歷史受激輻射理論——1916年，愛因斯坦《關于輻射的量子理論》；——提出了光的受激發射概念，奠定了激光的基礎。東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、激光發展歷史二、激光及其歷史1946年，瑞士科學家布洛赫（F.Bloch）觀察到了粒子數反轉的信號——獲得1952年諾貝爾物理學獎1951年，珀賽爾實現了粒子數反轉，觀察到了負吸收磁共振中集居數反轉的實現布洛赫珀賽爾東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、激光發展歷史二、激光及其歷史微波量子放大器1952年，韋伯（F.Weber）提出微波激射器的原理1954年，湯斯（C.Townes）研制成功了受激輻射的微波放大裝置——與蘇聯兩位科學家獲得1964年諾貝爾物理學獎G.BasovA.M.ProkhorovC.Townes東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、激光發展歷史二、激光及其歷史梅曼與紅寶石激光器1958年，肖洛和湯斯發表關于光激射器的論文1960年，梅曼在休斯實驗室研制成功紅寶石激光器Maiman紅寶石激光器東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心2、激光發展歷史二、激光及其歷史氦氖激光器、半導體激光器·········1961年伊朗科學家A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體激光器。氦氖激光器砷化鎵半導體激光器。二、激光及其歷史東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心3、結構及其原理工作物質：提供增益介質泵浦源：使介質出現粒子反轉諧振腔：增大激光能量東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心3、結構及其原理案例：激光筆結構圖二、激光及其歷史東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展1、飛秒激光1飛秒（Femtosecond，fs），0.000000000000001,即10-15s，1千萬億分之一秒

飛秒脈沖寬度東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展2、飛秒激光的發展1981年，美國貝爾實驗室的R.L.Fork等人首次獲得飛秒激光脈沖。1985年，獲得27fs的超短脈沖。

美國貝爾實驗室東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展2、飛秒激光的發展1985年，密歇根大學D.Strickland和G.Mourou利用啁啾脈沖技術放大單脈沖能量放大至毫焦耳級乃至焦耳，光強可達1012W以上。

啁啾脈沖技術放大（CPA）東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展2、飛秒激光的發展1991年,英國的斯潘塞(D.E.Spence)等人研制出摻鈦藍寶石飛秒振蕩器氬離子激光泵浦，鈦寶石晶體，棱鏡償色散，獲得了60-fs的脈沖

摻鈦藍寶石飛秒振蕩器東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展2、飛秒激光的發展2000年，維也納技術大學、加拿大國家研究中心和比利斐爾德大學的研究人員組成了國際課題組首次報道了他們產生的單個脈沖為650as（10-18s）的X光脈沖。

阿秒脈沖寬度東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展3、企業與單位

德國，美國，英國，法國，瑞典，奧地利···TOPTICAPhotonicsAG（

Germany），

MenloSystemsGmbH（

Germany），

Thorlabs（USA）Spectra-PhysicsLasers(USA)東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光特點與作用1、結構與原理F-聚焦透鏡；M1、M2-凹面鏡；G-鈦寶石晶體；M3、M4、M5、M7-全反鏡；M6-輸出鏡；M8-輸出反射鏡；P1、P2-棱鏡對；RM1-爬高鏡；圖2飛秒激光振蕩器內部結構示意圖圖1飛秒激光光路原理案例：鈦寶石飛秒激光振蕩器東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展2、飛秒特點超快特性：超快激光，<10ps(皮秒，10-12s)

東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心三、飛秒激光及其發展2、飛秒特點超高功率：例：單脈沖功率1mW,脈沖寬度50fs,則：

峰值功率為1mW/50fs=100000000000W=1012W東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展2、飛秒特點寬頻帶：多種波長EverFemto-30鈦寶石飛秒振蕩器中心波長800nm，帶寬30nm。東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用萬億份之一攝影飛秒攝影東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用長脈沖激光：熱相互作用，精度有限。超短脈沖激光：與分子的相互作用，極高的精度飛秒激光加工東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用集成電路的修復(IBM）東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用美國的國家點火設施（NationalIgnitionFacilityProject，簡稱NIF）慣性約束核聚變（ICF）快點火東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用飛秒激光手術飛秒激光結合準分子激光技術全飛秒激光技術東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用太赫茲光譜與成像太赫茲時域光譜系統太赫茲成像系統，東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展3、飛秒激光作用飛秒激光的超快診斷東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展附錄1：參考書籍東莞理工學院DongguanUniversityofTechnology光電信息工程技術研究開發中心四、飛秒激光及其發展附錄2：參考文獻[1]黃圣鴻.摻鈦藍寶石飛秒激光放大系統的理論與實驗研究.西北大學，2002；[2]張志剛，徐敏.飛秒激光脈沖技術的發展和應用.激光雜志，1990，20（5）：7-13[3]張曉華，張光寅，焦志勇等.鈦寶石飛秒激光器的鎖模機理探討.物理學報，2005,54（3）：1213-1217[4]王志軍,逯美紅.飛秒鈦寶石激光器的工作原理研究.長治學院學報，2008，25（2）：41-45[5]葉佩弦.非線性光學物理.北京：北京大學出版社，2009：200-237[6]陳國夫,程光華,令維軍.飛秒激光產生與放大技術.紅外與激光工程，2008,137（2）：195-199[7]Z.Zhang.T.YagiT.Arisawa.Ray-tracingmodelforstretcherdispersionca