本书是一本介绍飞秒激光加工原理、技术和应用的著作。全书分20章。第1章和第2章是飞秒激光脉冲产生和放大的原理以及飞秒激光与物质相互作用的基本原理；第3～6章是飞秒激光加工系统、干涉技术、脉冲整形技术；第7章是表面加工技术；第8章是双光子聚合技术；第9～19章是内部加工技术；第20章是溶液中制备纳米颗粒技术。
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第1章 飞秒激光脉冲的产生与放大 1
1.1 引言 1
1.2 钛宝石激光器飞秒激光脉冲的产生和放大 3
1.2.1 啁啾脉冲放大技术 3
1.2.2 飞秒激光振荡器 4
1.2.3 展宽器 10
1.2.4 放大器 13
1.2.5 压缩器 14
1.3 超短脉冲光纤激光器 15
1.3.1 光纤激光器发展及特点 15
1.3.2 光纤激光器锁模技术 16
1.4 小结和展望 21
参考文献 21
第2章 飞秒激光与物质的相互作用原理 23
2.1 引言 23
2.2 飞秒激光的特点 24
2.3 飞秒激光与介质作用机理 25
2.3.1 非线性吸收过程 25
2.3.2 能量传递与转化过程 27
2.3.3 飞秒激光作用材料诱导的微结构 29
2.3.4 飞秒激光加工材料的特点 30
2.3.5 重复频率对飞秒激光诱导微纳结构的影响 31
参考文献 32
第3章 飞秒激光微纳加工系统 35
3.1 引言 35
3.2 飞秒激光直写加工系统 36
3.2.1 飞秒激光直写加工系统结构 36
3.2.2 飞秒激光直写诱导微结构 38
3.2.3 飞秒激光直写光波导 38
3.2.4 飞秒激光诱导离子价态变化 39
3.2.5 飞秒激光诱导微纳光栅结构 40
3.2.6 飞秒激光诱导析出金属纳米颗粒 41
3.2.7 飞秒激光诱导析出光功能晶体 42
3.3 飞秒激光多光束干涉微纳加工系统 44
3.4 飞秒激光投影成形技术 47
参考文献 47
第4章 飞秒激光共振干涉技术 49
4.1 引言 49
4.2 飞秒激光共振干涉理论 49
4.2.1 飞秒激光脉冲干涉的实现 49
4.2.2 干涉区光场分布 51
4.3 飞秒激光干涉场诱导微纳结构 54
4.3.1 飞秒激光双光束干涉诱导的微纳结构 54
4.3.2 飞秒激光多光束干涉诱导的微纳结构 57
4.4 小结和展望 61
参考文献 62
第5章 飞秒激光非共振干涉技术 65
5.1 引言 65
5.2 非共振相干技术 65
5.3 飞秒激光非共振相干实验系统 66
5.4 飞秒激光非共振相干诱导玻璃二阶非线性光学效应 67
5.5 飞秒激光非共振相干诱导聚合物二阶非线性光学效应 69
5.6 小结和展望 71
参考文献 71
第6章 飞秒激光脉冲整形技术 74
6.1 引言 74
6.2 飞秒激光脉冲整形的技术方法 75
6.2.1 液晶空间光调制器 76
6.2.2 硅基液晶调制器 79
6.2.3 声光空间光调制器 81
6.2.4 其他调制器 82
6.3 飞秒激光脉冲整形技术的控制方式 83
6.4 飞秒激光脉冲整形技术的应用 84
6.4.1 分子动力学中的应用 84
6.4.2 非线性光谱学中的应用 88
6.4.3 光纤光学中的应用 89
6.4.4 光通信系统中的应用 89
6.4.5 生物医学中的应用 90
6.4.6 飞秒放大器的相位补偿 90
6.4.7 带通滤波的应用 90
6.5 未来应用趋势 91
6.5.1 量子计算 91
6.5.2 生物医学应用 91
6.5.3 新型半导体器件 92
6.6 小结和展望 93
参考文献 93
第7章 飞秒激光表面加工技术 103
7.1 引言 103
7.2 飞秒激光烧蚀材料表面基本过程及物理机制 104
7.2.1 飞秒激光烧蚀材料表面的基本过程 104
7.2.2 飞秒激光烧蚀材料的物理机制 105
7.3 单束飞秒激光诱导的表面微纳结构及应用 107
7.3.1 表面周期条纹结构 107
7.3.2 飞秒激光诱导的锥状结构 121
7.4 多束飞秒激光干涉形成的表面周期结构及应用 122
7.4.1 飞秒激光双光束干涉制备表面周期结构 123
7.4.2 飞秒激光三光束干涉制备表面周期结构 124
7.4.3 飞秒激光四光束干涉制备表面周期结构 126
7.5 小结和展望 127
参考文献 128
第8章 飞秒激光诱导双光子聚合 135
8.1 引言 135
8.2 双光子聚合材料 136
8.2.1 单体 137
8.2.2 光引发剂 137
8.2.3 添加剂 138
8.3 紫外负性 SU8 光刻胶 138
8.3.1 紫外负性 SU8 光刻胶的主要成分和性质 138
8.3.2 紫外负性 SU8 光刻胶的感光机理 139
8.4 双光子聚合加工原理 139
8.5 双光子聚合加工分辨率 141
8.6 双光子聚合研究进展 142
8.7 小结和展望 146
参考文献 146
第9章 飞秒激光诱导色心形成 148
9.1 引言 148
9.2 飞秒激光在透明材料内部诱导色心 149
9.2.1 飞秒激光在玻璃中诱导色心 149
9.2.2 飞秒激光在晶体中诱导色心 153
9.3 飞秒激光诱导色心的应用 156
9.4 小结和展望 157
参考文献 157
第10章 飞秒激光诱导离子价态变化 160
10.1 引言 160
10.2 飞秒激光诱导离子价态操控 160
10.2.1 飞秒激光诱导过渡金属离子价态变化 160
10.2.2 飞秒激光诱导重金属离子价态变化 161
10.2.3 飞秒激光诱导稀土离子价态变化 163
10.2.4 飞秒激光诱导贵金属离子价态变化 165
10.3 小结和展望 169
参考文献 169
第11章 飞秒激光在透明介质中制备波导器件 172
11.1 引言 172
11.2 飞秒激光诱导透明材料折射率改变机理 173
11.2.1 载流子激发 173
11.2.2 折射率改变 175
11.3 飞秒激光制备光波导 180
11.3.1 激光系统 180
11.3.2 直写形式 181
11.3.3 无源波导 182
11.3.4 波导器件 183
11.3.5 有源波导 183
11.4 波导制备优化技术 185
11.4.1 改善波导对称性 185
11.4.2 提高制作波导效率的方法 192
11.4.3 偏振选择 194
11.5 小结和展望 194
参考文献 195
第12章 飞秒激光诱导晶体选择性析出 207
12.1 引言 207
12.2 飞秒激光诱导晶体选择性析出机理 208
12.3 飞秒激光诱导代表性晶体选择性析出 210
12.3.1 飞秒激光诱导非线性晶体选择性析出 210
12.3.2 飞秒激光诱导析出的晶体对掺杂稀土离子发光的影响 216
12.3.3 飞秒激光诱导半导体晶体选择性析出 222
12.3.4 飞秒激光诱导上转换发光晶体选择性析出 222
12.4 小结和展望 223
参考文献 224
第13章 飞秒激光操控金属纳米粒子 227
13.1 引言 227
13.2 飞秒激光诱导和修饰纳米粒子的原理 228
13.3 飞秒激光诱导玻璃内部金属纳米粒子的析出 230
13.4 飞秒激光诱导玻璃内部金属纳米粒子的形变 234
13.5 飞秒激光在有机透明材料内部调控金属纳米粒子的光学特性 241
13.6 小结和展望 244
参考文献 244
第14章 飞秒激光诱导微孔洞和气泡形成 248
14.1 引言 248
14.2 飞秒激光诱导微孔洞的形成 248
14.3 飞秒激光诱导微孔洞的应用研究 250
14.4 微孔洞的坍塌行为 251
14.5 飞秒激光在材料内部诱导气泡的形成 251
14.6 小结和展望 254
参考文献 255
第15章 飞秒激光照射形成三维流路 257
15.1 引言 257
15.2 飞秒激光制备三维微流通道研究现状 258
15.2.1 飞秒激光改性辅助的化学刻蚀法 258
15.2.2 液体辅助飞秒激光烧蚀法 264
15.3 改善微流通道结构性能的方法 267
15.3.1 激光光束空间整形 268
15.3.2 激光光束时间整形 269
15.3.3 时空聚焦整形技术 270
15.3.4 其他改善技术 270
15.4 存在的问题 272
15.5 小结和展望 272
参考文献 273
第16章 飞秒激光诱导偏振依赖纳米结构 280
16.1 引言 280
16.2 偏振依赖纳米结构的发现及其基本特征 281
16.3 纳米光栅结构的特性 282
16.3.1 光学双折射现象 282
16.3.2 热稳定性 283
16.3.3 周期性 284
16.3.4 可接续性 285
16.3.5 可重复擦写 286
16.3.6 光轴和光程延迟的可控性 287
16.3.7 方向选择性化学腐蚀 288
16.4 纳米光栅结构的应用 289
16.4.1 光学数据存储 289
16.4.2 微流体通道 291
16.4.3 微光学元件 292
16.5 纳米光栅结构形成的物理机制研究 293
16.5.1 纳米光栅结构形成的三个发展阶段 293
16.5.2 目前主流的机理解释及理论模型 294
16.5.3 影响纳米光栅结构形成的因素 299
16.6 小结和展望 302
参考文献 303
第17章 飞秒激光诱导纳米周期性孔洞结构 308
17.1 引言 308
17.2 飞秒激光诱导自组装孔洞结构 309
17.2.1 贝塞尔-高斯飞秒激光束制备周期性孔洞结构 309
17.2.2 飞秒激光光束截断法制备周期性孔洞结构 309
17.2.3 高斯光束紧聚焦方法 310
17.3 高斯光束紧聚焦法诱导周期性孔洞结构的一些重要实验进展 312
17.3.1 多种透明介质材料中诱导周期性孔洞结构 312
17.3.2 高数值孔径的干透镜和无油油浸透镜诱导互为倒装的周期性孔洞结构 317
17.3.3 改变油浸透镜浸润液体诱导互为倒装的周期性孔洞结构 318
17.4 飞秒激光诱导纳米周期性孔洞结构的形成机理 319
17.4.1 样品表面触发和连续脉冲辐照推动的孔洞自组装机制 320
17.4.2 电子等离子体驻波模型 320
17.4.3 环境介质/样品界面折射率差别引起的球差机制 321
17.5 飞秒激光诱导周期性孔洞结构的应用 326
17.5.1 周期性孔洞结构用作涡旋光束阵列产生器 326
17.5.2 利用类周期性孔洞结构制备光波导以及光波导阵列 329
17.5.3 利用周期性孔洞结构制备衍射光栅 331
17.5.4 利用周期性孔洞结构制备条纹取向可控的自组织微光栅 333
17.6 小结和展望 337
参考文献 338
第18章 飞秒激光诱导离子重新分布 341
18.1 引言 341
18.2 飞秒激光在不同玻璃中诱导离子重新分布 342
18.2.1 飞秒激光在硼酸盐玻璃中诱导离子重新分布 342
18.2.2 飞秒激光在硅酸盐玻璃中诱导离子重新分布 345
18.2.3 飞秒激光在锗酸盐玻璃中诱导离子重新分布 354
18.3 小结和展望 355
参考文献 355
第19章 飞秒激光诱导高温高压相形成 358
19.1 引言 358
19.2 飞秒激光诱导局域高温高压特点 358
19.3 飞秒激光诱导高温高压相的进展 359
19.4 小结和展望 362
参考文献 363
第20章 飞秒激光诱导溶液中纳米粒子形成 365
20.1 引言 365
20.2 飞秒激光在溶液中制备纳米粒子的类型和原理 366
20.2.1 块体靶材液相脉冲激光烧蚀法原理 367
20.2.2 散颗粒耗材液相脉冲激光烧蚀法 369
20.2.3 前驱体靶材液相脉冲激光烧蚀法的过程与机理 370
20.3 飞秒激光在溶液中制备纳米粒子的研究进展 370
20.3.1 无表面活性剂的纳米粒子制备 370
20.3.2 半导体纳米粒子制备 373
20.3.3 其他功能纳米粒子制备 375
20.4 飞秒激光液相烧蚀法制备纳米粒子的应用 377
20.4.1 生物学应用 377
20.4.2 光学应用 378
20.4.3 催化应用 379
20.4.4 其他应用 380
20.5 小结和展望 380
参考文献 380
索引 387
彩图
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