Damage threshold evaluation of thin metallic films exposed to femtosecond laser pulses: the role of material thickness
飞秒脉冲激光器的使用由于其能够促进在微米和纳米长度尺度上制造精确图案的能力而受到显著关注。有效的材料加工的一个关键问题是准确确定与激光峰值能量密度相关的损伤阈值，在该阈值下，在被照射的固体表面上发生最小的损伤。尽管以前的大量报道集中在评估导致损伤的激光条件上，但对尺寸与光学穿透深度相当的薄膜的光学和热响应的研究仍然是一个未探索的领域。在这份报告中，详细的理论分析的各种参数的影响，如光子能量和材料厚度对各种金属（金，银，铜，铝，镍，钛，铬，不锈钢）的损伤阈值进行了研究。一个多尺度的物理模型，相关的能量吸收，电子激发，弛豫过程和最小的表面改性，导致材料损伤的发病。理论模型与一些实验结果的令人满意的协议表明，损伤阈值评估方法可以代表一个系统的方法，设计高效的基于激光的制造系统和优化的处理结果，为各种应用。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Hybrid Femtosecond Laser and Ion-Implantation Processing for Controlled, Deep, High-Efficiency Ablation in Fused Silica
Instituto de Optica Daza de Valdes (IO), CSIC（西班牙科学研究中心光学研究所）；HiLASE Centre, FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所 HiLASE 中心）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM), Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学材料微分析中心）；FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
通过结合金离子注入与飞秒激光处理，实现熔融石英的可控深度高效率消融，用于制造高质量光学元件。
2026-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Suppression of ablation in femtosecond double pulse experiments
我们报告的物理原因的一个奇怪的减少在长时间延迟的实验中观察到的陨石坑深度飞秒双脉冲。详细的流体动力学模型表明，当脉冲之间的延迟超过电子-离子弛豫时间时，烧蚀机制被转储。在这种情况下，第二激光脉冲与膨胀的目标材料的相互作用导致第二冲击波的形成，该第二冲击波抑制由第一脉冲产生的稀疏波。这种效应的证据如下的压力和密度分布在不同的延迟后，第一个激光脉冲。
2010-01-04 physics.comp-ph physics.optics
Influence of Antireflection Si coatings on the Damage Threshold of fused silica upon irradiation with Mid-IR femtosecond laser pulses
本研究探究不同厚度Si增透膜对中红外飞秒脉冲辐照下熔融石英损伤阈值的影响，发现Si/SiO₂结构的反射、透射特性具厚度依赖性，可用于调节基底损伤阈值，为中红外增透涂层设计提供新路径。
2023-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Ionization dynamics and damage conditions for transparent materials irradiated with Mid-Infrared femtosecond pulses
在透明材料的中红外光谱区域使用超短激光源旨在为激光图案化开辟新的途径，并在光学和光子学中获得大量令人兴奋的应用。为了阐明材料响应中红外激光源的照射，长波长飞秒脉冲与电介质材料的相互作用的一致性分析。的脉冲持续时间的影响，特别是，强调对指定的激光参数的光电离和碰撞电离是重要的。使用脉冲在2.2妈妈，3.2妈妈和5妈妈的模拟结果进行说明的最佳条件的发生有关的光学击穿的固体上的损伤的发病。结果预测，在所有激光波长下，损伤阈值为~ $τ_p^α$（0.31< $α$ <0.37）。考虑到诱导激发能级对表面等离子体激元（SP）激发的显著影响（SP是形成垂直于激光偏振方向的激光诱导周期结构（LIPSS）的原因），还讨论了在这一尚未探索的光谱区域中产生的电子密度与SP和SP激发阈值（~ $τ_p^β$，0.33< $β$ <0.39）的相关性。结果预计将允许一种新的表面图案化的方法与先进的应用程序的强中红外脉冲。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-Shot Multi-Stage Damage and Ablation of Silicon by Femtosecond Mid-infrared Laser Pulses
尽管超快激光材料加工在过去二十年中以惊人的速度发展，但大多数应用都是利用近红外或可见光波长的激光脉冲开发的。中红外（MIR）飞秒激光源的最新进展可能会为材料加工创造新的能力。这是因为，在这种处理所需的高强度下，波长调谐到更长的波长打开了通向激光-固体相互作用的特殊机制的路径。在这些条件下，由于$λ^2$标度，激光驱动的电子的有质动力能量可以显著超过光子能量、带隙和电子亲合势，并且可以主导地驱动吸收，导致超快激光-固体相互作用的传统概念的范式转变。高强度超快MIR激光与固体的不可逆相互作用是这方面的主要兴趣，但迄今为止还没有系统的研究。为了解决这个根本的差距，我们进行了详细的实验研究的高强度超快修改硅单飞秒MIR脉冲（$λ$ = 2.7 - 4.2 $μ$ m）。超快熔化，与硅氧化物表面层的相互作用，和烧蚀的氧化物和晶体表面的非原位特征在于扫描电子，原子力，和透射电子显微镜结合聚焦离子束研磨，电子衍射，和$μ$ -拉曼光谱。激光诱导损伤和烧蚀（LIDA）阈值作为激光波长的函数进行测量。传统的理论模型不能再现损伤阈值的波长标度。为了解决分歧，我们讨论了可能的新途径的能量沉积驱动的有质动力能量和场效应特性的MIR波长制度。
2019-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear dynamics of femtosecond laser interaction with the central nervous system in zebrafish
本研究揭示了飞秒激光在斑马鱼中枢神经系统中两种空化损伤机制，并验证了荧光标记的作用，为无标记显微镜和精确局部损伤诱导提供了策略。
2024-11-03 physics.bio-ph physics.optics
Dual-wavelength femtosecond laser-induced low-fluence single-shot damage and ablation of silicon
本研究探究1030nm与515nm飞秒脉冲对硅的双波长烧蚀机制，发现低注量下短波长脉冲先作用、30-100ps长延迟时烧蚀效率更高，源于热液层膨胀降低表面反射率，为能量沉积调控提供支撑。
2024-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Frequency downshifting stair for ultra-intense femtosecond lasers through a plasma-photonics structure
Tsinghua University（清华大学）；National Key Laboratory of Plasma Physics, Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理国家重点实验室）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本文提出了一种基于等离子体-光子结构的频率下移阶梯方案，实现超高强度飞秒激光的波长连续调谐和高效率转换。
2026-03-12 physics.optics physics.plasm-ph
Intense femtosecond photoexcitation of bulk and monolayer MoS2
研究了飞秒激光辐照对氧化硅上块状和单层MoS2薄膜的影响。光学，场发射扫描电子显微镜（FESEM）和拉曼显微镜被用来量化的损害。记录A1g和E2g1振动模式的强度作为照射脉冲数的函数。观察到的行为归因于激光诱导的键断裂和随后的原子去除由于电子激发。在800nm和1030nm脉冲激光辐照下，测定了单层膜和体膜的单脉冲光损伤阈值，并讨论了双光子和单光子吸收效应的作用。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Femtosecond-to-millisecond holographic imaging of laser ablation dynamics
Institute for Photon Science and Technology, The University of Tokyo（光子科学技术研究所，东京大学）；Department of Advanced Materials Science, The University of Tokyo（先进材料科学系，东京大学）；RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学中心，理化学研究所）
研究飞秒激光烧蚀动力学，引入泵浦 - 探测全息成像方法，能在全时间范围重建光场，应用于BK7玻璃烧蚀，捕捉不同阶段变化，确定能量分配与低热影响加工的关系，为追踪材料转变提供途径。
2026-07-21 physics.optics
Microfabrication of Three-Dimensional Structures in Polymer and Glass by Femtosecond Pulses
我们报告三维激光微细加工，使材料的微观结构的规模为0.2-1微米。两种不同类型的微加工演示和讨论在这项工作中是基于全息记录，和透明介电材料中的光致损伤。这两种技术都使用超短激光脉冲（持续时间< 1 ps）对材料进行非线性光学激发。
2002-05-09 physics.optics
Control of the damage threshold of Si via a SiO2 coating upon irradiation with Mid-IR femtosecond laser pulses
本文建立理论模型研究中红外飞秒脉冲激发 SiO2/Si 两层结构，证明通过调节 SiO2 膜厚可控制硅的超快响应与损伤阈值，且阈值最高可降低27%。
2024-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Single molecule imaging with longer x-ray laser pulses
在过去的五年里，使用X射线激光脉冲的连续飞秒晶体学已发展成为一种强大的技术，用于从微米和亚微米尺寸的晶体中确定蛋白质分子的原子结构。这种成功的关键原因之一是“自选通”脉冲效应，由此X射线激光脉冲不需要跑过所有辐射损伤过程。相反，X射线引起的损伤在脉冲完成其通过样品之前终止布拉格衍射，就好像布拉格衍射是由相等强度的较短脉冲产生的一样。因此，连续飞秒晶体学不需要像曾经认为的那样用短至5- 10 fs的脉冲来执行，而是可以在持续时间为50- 100 fs的脉冲下成功。我们在这里表明，类似的门效应适用于单分子衍射相对于空间不相关的损伤过程，如电离和离子扩散。在衍射对比度的计算中，通过将平均结构的衍射与来自由于损伤（“损伤噪声”）引起的结构的统计波动的衍射分开计算，可以清楚地看到该效果。我们的研究结果表明，亚纳米单分子成像与30- 50飞秒脉冲，像那些在目前运行的设施，还不应该被排除在外。我们提出的理论开辟了新的实验途径来测量损伤对单颗粒衍射的影响，这是需要测试损伤模型和确定最佳成像条件。
2015-04-21 physics.optics
Response of graphene to femtosecond high-intensity laser irradiation
我们研究了石墨烯对高强度10^11-10^12 Wcm^-2、50飞秒激光脉冲激发的响应。我们确定石墨烯具有相当高的（~3 \times 10^12 Wcm ^-2）单次损伤阈值。超过这个阈值，一个单一的激光脉冲干净地烧蚀石墨烯，留下微观定义的边缘。低于该阈值时，我们观察到激光诱导的缺陷形成，导致多次曝光后晶格退化。我们通过原位拉曼显微镜确定晶格修饰过程。测定了CVD石墨烯在飞秒近红外辐射下的有效寿命及其与激光强度的关系。这些结果也定义了石墨烯在飞秒高强度区域的非线性应用的限制。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nondestructive femtosecond laser lithography of Ni nanocavities by controlled thermo-mechanical spallation at the nanoscale
提出了一种利用飞秒激光直写光刻技术在铁磁薄膜中形成纳米空穴的新方法。为了证明这一概念，我们用单个强飞秒激光脉冲照射300~nm的薄镍膜，通过玻璃基底，并在镍-空气界面处产生复杂的表面形貌。使用高于烧蚀阈值的能量密度，该过程是破坏性的，并且照射导致在烧蚀坑周围形成200 nm的镍薄片，如通过电子显微镜所看到的。通过逐步降低峰值激光能量密度，略低于烧蚀阈值的形成封闭的spiritual腔的干涉显微镜证明。通过电子和光学干涉显微镜的系统研究，使我们能够获得的热机械机制，导致spectrometry在固-熔界面，分子动力学模拟支持的结论的理解。我们实现了对spectrum过程的控制，从而能够制造封闭的spectrum纳米腔及其周期性排列。由于它们的拓扑结构，封闭的磁性纳米腔可以支持多种激发（磁，光，声，自旋电子）的独特耦合。因此，他们提供了一个独特的物理操场，在不可用之前，磁性，磁光子和磁声应用。
2020-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dispersive Properties of Plasma Diffraction Gratings: Towards Plasma-Based Laser Pulse Compression
Stanford University（斯坦福大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过实验测量等离子体传输光栅的角色散、角带宽和衍射角，证实其色散和衍射特性与光学理论一致，为等离子体光栅压缩器设计提供可能方案，指向皮瓦至艾瓦峰值功率紧凑激光器的发展路径。
2026-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
High-quality femtosecond laser surface micro/nano-structuring assisted by a thin frost layer
飞秒激光烧蚀已被证明是一种多功能的工具，以产生具有高精度和准确度的微/纳米级特征。然而，使用高激光能量密度来提高烧蚀效率通常会导致不希望的效果，例如碎片的再沉积，在烧蚀坑中或周围形成重铸层和热影响区。在这里，我们通过利用厚度为数十微米的薄霜层来规避这一限制，该霜层可以通过空气中的水蒸气冷凝到温度低于冰点的暴露表面上而直接形成。当飞秒激光束聚焦到覆盖有薄霜层的靶面上时，只有激光照射点周围的局部霜层融化成水，有助于提高烧蚀效率，抑制重铸层，缩小热影响区，而剩余的霜层可以防止烧蚀碎片粘附在靶面上。通过该方法，在高激光能量密度下，成功地在平面和曲面上制备出了高质量的表面微/纳米结构，并对高空间频率（HSF）激光诱导周期性表面结构（LIPSSs）的形成机理进行了讨论.
2022-05-15 nlin.AO physics.app-ph physics.optics
Molecular imaging with X-ray free electron lasers: dream or reality?
X射线自由电子激光（XFEL）是一种革命性的光子源，其超短、明亮的脉冲有望使单分子衍射实验提供原子长度尺度上的结构信息。然而，这一最终目标目前受到几个具有挑战性的问题的阻碍，这些问题基本上涉及样品损伤、库仑爆炸和非线性的作用。通过采用原始的\emph{ab-initio}的方法，以及并行计算的特殊资源，我们解决这些问题，显示准确的XFEL为基础的单分子成像将只可能与超短脉冲的飞秒的一半，由于显着的辐射损伤和形成的首选多孤子集群重塑的整体电子密度的分子系统在飞秒尺度。
2010-09-29 nlin.PS physics.optics
Ultrafast dynamics and surface plasmon properties of Silicon upon irradiation with mid-infrared femtosecond laser pulses
我们提出了一个尚未探索的超快过程和动力学的产生的激发载流子在中红外（中红外）光谱区域的飞秒脉冲激光照射硅后的理论研究。分析了在2.2 μm ~ 3.3 μm范围内不同波长λL下电子-空穴子系统和晶格子系统的载流子密度和热响应的演化，探讨了双光子和三光子吸收机制的影响。诱导克尔效应的作用是突出的，它表现出更明显的影响，在较小的波长在中红外范围。对激发表面等离子体激元（SP）的条件的研究表明，在材料表面形成了弱束缚SP波。所示的激发SP的寿命上升时，产生的波长增加一个大于一个预测的更高的激光频率。对不同脉冲宽度τp下的损伤阈值的计算表明，损伤阈值的增加遵循幂律（τ p^{λ L}），其增加率由指数λ L决定。对不同τp下的多光子吸收率和碰撞电离贡献的研究表明，当τp较长时，λL=2.5 μm的损伤比λL=2.2 μm的损伤小。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multi-frame Interferometric Imaging with a Femtosecond Stroboscopic Pulse Train for Observing Irreversible Phenomena
我们描述了一种高速单次拍摄多帧干涉成像技术，使多个干涉图像飞秒曝光时间超过50 ns的事件窗口被记录在一个单一的激光诱导激发事件。分幅相机的频闪照明通过使用产生飞秒脉冲训练的倍频腔而成为可能，所述飞秒脉冲与相机的各个帧的选通曝光窗口同步。成像系统利用迈克耳孙干涉仪来提取相位信息并最终提取位移信息。我们通过监测激光诱导的变形和高振幅声波在氮化硅膜中的传播来证明该方法。该方法适用于广泛的快速不可逆现象，如裂纹分支，冲击引起的材料损伤，空化和介电击穿。
2020-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unravelling Saturable Absorption of Thulium-doped Fibres for New Level of Integrated Femtosecond Pulse Generation
超短脉冲激光器的运转关键在于采用显式调制器。传统上，它们很难纳入全光纤设计或涉及复杂腔体的设计。我们利用掺铥光纤作为增益和简单的，高度集成的可饱和吸收器，具有23%的调制深度和高的热损伤阈值。因此，短至350fs的脉冲携带1nJ的能量，重复频率为45MHz的已被证明。激光平均输出功率显示出长期稳定性，约为1%。利用全光纤可饱和吸收体的概念为缩小规模的高度集成的激光器架构提供了技术基础。
2022-02-23 nlin.PS physics.optics
Part2: Ultra-short pulse laser patterning of very thin indium tin oxide on glass substrates
我们研究了超薄20 nm氧化铟锡（ITO）薄膜在玻璃基板上的选择性图案化，使用343，515，和1030 nm飞秒（fs），和1030 nm皮秒（ps）激光脉冲。在飞秒和皮秒的时间尺度上观察到的所有波长的烧蚀去除机制。对于飞秒激光曝光，在343 nm处的吸收阈值通量值被确定为12.5 mJ/cm 2，在515 nm处的吸收阈值通量值被确定为9.68 mJ/cm 2，在1030 nm处的吸收阈值通量值被确定为7.50 mJ/cm 2，在1030 nm处的吸收阈值通量值被确定为9.14 mJ/cm 2。使用原子力显微镜的烧蚀坑的表面分析证实，从玻璃基板上的膜的选择性去除取决于所施加的能量密度。膜去除示出主要是通过由电子爆炸力产生的超快晶格变形。采用双温模型（TTM）模拟了激光吸收和加热过程。预测的表面温度证实，低于1 J/cm 2的膜去除主要是通过非热机制。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Influence of Inter-Pulse Delay and Geometric Constraints on Damage and Optical Characteristics in thin Metal Targets Irradiated by Double Ultrashort Laser Pulses
Institute of Electronic Structure and Laser (IESL), Foundation for Research and Technology (FORTH)（电子结构与激光研究所，研究与技术基金会）
本文研究双超短激光脉冲对薄金属靶损伤和光学特性的影响，通过理论分析探讨脉冲间隔和几何约束对激光诱导损伤阈值的影响，为激光微加工和纳米制造提供理论基础。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tailoring surface topographies on solids with Mid-IR femtosecond laser pulses
使用中红外（中IR）光谱区域中的激光源用超短脉冲照射固体是一个尚未被探索的领域，其为广泛应用的高效和精确的表面纹理化开辟了广阔的可能性。在目前的工作中，我们调查实验和理论上的影响，激光源上产生的表面改性相关的效果和随后的表面图案化的金属和半导体材料。通过参数研究，我们关联的中红外脉冲激光参数与材料损伤的开始和各种周期性表面结构的形成，在激光波长λL=3200 nm和脉冲持续时间τp=45 fs。镍和硅的结果表明，所产生的形貌包括高和低空间频率诱导的周期性结构，类似于在较低波长下观察到的那些，而凹槽的形成是不存在的。的损伤阈值的调查表明，从三光子辅助激发（硅）和非热激发的电子人口（镍）在很短的脉冲持续时间的作用的考虑所产生的非线性效应的合并。结果表明，具有中红外脉冲的表面结构的潜力，这可以构成一种系统的新工程方法，在长波长光谱区域具有强场，可用于先进的工业激光应用。
2022-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theoretical basis of the diagonal scan method for determining the laser ablation threshold for femtosecond vortex pulses
在飞秒激光微加工中，烧蚀阈值是表征引起烧蚀所需的能量密度的关键工艺参数。用于测量消融阈值的当前技术（诸如直径回归和对角扫描方法）基于高斯空间轮廓的假设，然而，当前不存在用于使用非高斯光束形状测量消融阈值的技术。在这里，我们提出了一个形式主义的对角线扫描方法确定的烧蚀阈值和脉冲叠加的飞秒涡旋脉冲。据作者所知，这是针对具有非高斯空间轮廓的脉冲开发的第一个烧蚀阈值技术。使用这种方法，可以计算烧蚀阈值使用测量的一个单一的功能（最大损伤半径$ρ_{max}$），这使得烧蚀阈值和孵化效应的调查进行快速和容易。将这种方法扩展到非高斯光束将允许探索新的研究途径，从而能够表征飞秒涡旋脉冲消融时材料的消融阈值和孵化行为。
2018-02-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Imaging with Diffractive Axicons Rapidly Milled on Sapphire by Femtosecond Laser Ablation
在短时间内（约10分钟）和以较少数量的处理步骤制造大面积（小于1 cm横截面）微光学部件是非常期望的和成本有效的。近年来，飞秒激光制造技术通过提供上述能力而彻底改变了制造领域。在这项研究中，一个基本的衍射光学元件，二元轴棱锥，即具有两个相位或振幅水平的轴棱锥，已被设计成三种配置，即传统的轴棱锥，光子筛轴棱锥（PSA）和稀疏PSA，并直接铣削到蓝宝石衬底上。加工结果表明，单脉冲群加工比脉冲重叠加工能得到平整光滑的表面轮廓，但脉冲重叠加工会引起表面损伤和粗糙度增加。制造的元件在异丙醇和氢氧化钾中进行处理，以去除碎片并重新沉积非晶蓝宝石。非相干照明用于组件的光学测试，并且非线性光学滤波器用于清除由衍射光学元件产生的噪声图像。
2021-10-08 physics.optics
Spectral broadening of 2 mJ femtosecond pulses in a compact air-filled convex-concave multi-pass cell
基于多程单元（MPC）的时间脉冲压缩器是近年来出现的一种强大而通用的解决方案，用于解决Yb基高功率超快激光器的长脉冲问题。然而，高能量（通常大于100 μ J）脉冲的光谱展宽仅在复杂的设置中实现，即，在大而昂贵的压力控制真空室中，以避免强烈的聚焦、电离和对镜子的损坏。在这里，我们提出了一个简单而紧凑的（60厘米长）多通细胞在环境空气中工作的2兆焦耳脉冲的光谱展宽。我们使用凹凸（CX/CC）设计取代了传统的带有凹凸（CC/CC）反射镜的Herriott单元，其中光束始终保持较大，从而最大限度地减少损坏并在环境空气中工作。我们展示了在100 kHz重复频率（200 W的平均功率）从2.1 nm（脉冲持续时间为670 fs）到24.5 nm的光谱带宽，支持133 fs的脉冲与96%的传输效率的光谱展宽2.1 mJ的脉冲。我们展示了这些脉冲的可压缩性下降到134 fs，并验证了光束的光谱均匀性类似于以前报道的CC/CC设计。据我们所知，这是CX/CC MPC压缩机的第一份报告，在空气中的高脉冲能量运行。由于其简单，占地面积小，成本低，我们相信这个演示将在超快激光社区产生重大影响。
2022-11-25 physics.optics
Phase field model of Coulomb explosion damage in solid induced by ultrashort laser
针对超短激光诱导固体非热损伤缺乏连续介质力学模型的问题，本研究提出基于Allen-Cahn动力学相场变量的模型，经数值模拟验证其有效性，可预测不同激光条件下的损伤形态，为超快激光加工优化提供工具。
2025-04-17 cond-mat.other physics.comp-ph physics.optics
Efficient, high-speed ablation of soft tissue with few-microjoule, femtosecond pulse bursts
飞秒脉冲在高精度组织切除方面具有很大的前景。然而，由于需要保持平均激光功率较低以避免由于热积累而造成的附带损害，烧蚀速率受到严重限制。此外，先前报道的脉冲能量妨碍了柔性纤维中的递送，阻碍了体内操作。这两个问题都可以通过使用高重复率脉冲组或突发来解决。在这里，我们报告了一种新型的光纤激光器，并证明了超快突发模式消融脑组织的速度接近1毫米$^3$ /分钟，一个数量级的改善比以前的报告。突发模式操作被证明是优越的，在所需的能量和避免热效应方面，均匀的重复率相比。这些结果可以为以医学相关速度进行体内操作铺平道路，通过柔性纤维输送到外科手术难以到达的目标，或同时进行磁共振成像。
2014-10-24 physics.med-ph physics.optics
Biomolecular imaging and electronic damage using X-ray free-electron lasers
利用飞秒X射线自由电子激光（XFEL）脉冲从衍射实验确定生物分子结构的提议涉及实现衍射极限原子分辨率所需的入射亮度与由照射引起的电子和结构损伤之间的冲突。在这里，我们表明，之前对以这种方式获得生物分子结构的条件的估计具有过度的限制性，因为它们基于不适合所提出的相互作用条件的相干衍射模型。一个更详细的成像模型，来自光学相干理论和量子电动力学被证明是更宽容的电子损伤。核密度被用作分子结构的主要描述符。该方法的基础也可用于表征电动过程进行散射实验上的已知结构的复杂分子。
2010-07-01 physics.atm-clus physics.bio-ph physics.optics
Non-saturation intensity dependence of anisotropic third-order optical nonlinearity approaching the damage threshold in ZnSe and GaP
本文利用飞秒泵浦-探测研究ZnSe和GaP接近损伤阈值时各向异性三阶光学非线性的强度依赖，发现TBC和TPA的取向调制幅度随泵浦强度增大而增大，证明短相互作用长度下非线性效应在损伤阈值前保持非饱和。
2023-12-04 physics.optics
Optical Damage Threshold and THz Generation Efficiency of (Fe,CoFeB)/(Ta,Pt) Spintronic Emitters
利用飞秒脉冲激发铁磁/铁磁自旋异质结构，利用逆自旋霍尔效应产生THz脉冲.相比之下，超快退磁/再磁化的贡献非常微弱。来自自旋电子THz发射器的最高可能的THz信号强度受到相应异质结构的光学损伤阈值的限制。即使在损伤阈值之前，太赫兹产生效率也不随激发通量而饱和。研究了双层（Fe，CoFeB）/（Pt，Ta）FM/NM自旋电子异质结构在800 nm亚50 fs放大激光脉冲泵浦下产生THz的优化性能。其中，CoFeB/Pt是最佳的THz源组合。优化的FM/NM自旋电子异质结的石英衬底上，具有α-相Ta作为的氧化层，显示出最高的损伤阈值相比，与Pt，无论其生成效率。石英衬底上的Fe/Ta异质结构的损伤阈值为~85 GW/cm 2。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Wavelength-independent performance of femtosecond laser dielectric ablation spanning over three octaves
本文通过258 nm至3.5 μm波长范围的飞秒激光烧蚀实验，发现介电材料单发烧蚀阈值、精度和效率在可见光至中红外波段保持波长无关，仅在258 nm处出现阈值减半和加工深度显著变化，并提取雪崩电离系数与Drude模型对比，为改进预测模型和超快激光加工工艺提供依据。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Room-temperature high-average-power strong-field terahertz source based on industrial high-repetition-rate femtosecond laser
针对传统激光器产生高平均功率强场太赫兹的局限，本研究利用工业级高重复率 ytterbium 飞秒激光通过优化倾斜脉冲前泵浦配置，实现高平均功率THz源，为相关应用提供新方案。
2025-04-19 physics.optics
Femtosecond laser micromachining of diamond: current research status, applications and challenges
超快飞秒（fs）激光器提供了一个独特的技术机会，以精确和有效地微加工材料，同时由于短脉冲持续时间、高激光强度和聚焦的光能在比热扩散到光束焦点周围区域的速率更短的时间尺度上传递而提供的到大部分工作材料中的热传递减少，热损伤最小。为了提高金刚石的加工质量，缩短加工时间，提高金刚石复杂图形加工的灵活性，人们对快速切削技术的需求日益增加。本文综述了飞秒激光技术在金刚石微细加工中的应用研究进展。详细讨论了激光技术对金刚石的精密微加工，重点讨论了飞秒激光辐照系统的使用及其特性，激光与各种类型金刚石的相互作用，辐照样品的加工和随后的后处理，以及适当的样品表征方法。最后，讨论了飞秒激光微加工的应用领域，并指出了飞秒激光微加工面临的挑战和未来的研究前景。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
The impact of the substrate on the opto-thermal response of thin metallic targets following irradiation with femtosecond laser pulses
飞秒脉冲激光由于其能够在微米和纳米尺度上制作精确图案的能力，在过去的几十年中得到了广泛的应用。有效材料加工的一个关键问题是确定实验装置中使用的激光参数。尽管已经进行了系统的调查，以突出每个参数独立的影响，很少有人注意到被照射的固体被放置在其上的基板材料的作用。在这项工作中，强调了基板的影响的各种厚度的膜，这表明，基板的光学和热物理性质的影响的热指纹上的照射膜，而表现出的影响是在较小的膜尺寸较高。两种代表性的材料，硅和熔融石英已被选为典型的基板薄膜的不同的光学和热物理行为（金和镍）和热响应和损伤阈值进行评估的辐照固体。衬底的显著影响旨在为基于激光的制造装置和加工方案的新的和更优化的设计铺平道路。
2022-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Experimental Scaling of Diffraction Efficiency in Laser-Induced Plasma Gratings
Princeton University（普林斯顿大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过空间结构化离子化在干涉场中形成等离子体-中性分子光栅，实现高强度超短脉冲的高效衍射，展示出高损伤阈值和可扩展性。
2026-04-30 physics.optics
Dielectric breakdown and sub-wavelength patterning of monolayer hexagonal boron nitride using femtosecond pulses
本研究首次探究单飞秒脉冲诱导的单层hBN介电击穿，发现其击穿阈值为现有二维材料最高且与带隙线性相关，还实现了亚波长分辨率的无损伤图案化，深化了强场光与hBN相互作用的认知。
2023-06-07 physics.optics
Femtosecond Diffractive Imaging with a Soft-X-ray Free-Electron Laser
理论预测，利用超短和极亮的相干X射线脉冲，在样品爆炸并变成等离子体之前，可以从大分子、病毒或细胞记录单个衍射图案。在这里，我们报告的第一个实验演示这一原则，使用闪光软X射线自由电子激光。一个25 fs，4 10^13 W/cm ^2的强脉冲，包含10^12个波长为32 nm的光子，在60，000 K下破坏纳米结构的非周期性物体之前，从该物体上产生了相干衍射图案。一种新型的X射线照相机通过滤除寄生散射和等离子体辐射来保证单光子探测灵敏度。通过过采样相位恢复直接从相干图样获得的重建图像没有显示出可测量的损伤，并且扩展到衍射极限分辨率。当可再现样本的副本被一个接一个地暴露于光束时，可以从这样的图像组装三维数据集。
2006-10-10 physics.optics
Gallium transformation under femtosecond laser excitation: Phase coexistence and incomplete melting
通过测量镓在775 nm处的介电函数，研究了飞秒激光激发下镓的可逆相变。利用菲涅耳公式，从两个不同入射角下测量的镓层的绝对反射率计算了瞬态介电函数的实部和虚部。直接从实验数据中恢复了随时间变化的电子-声子有效碰撞频率、热传导系数和新相的体积分数，并在没有特别假设的情况下重建了随时间和空间变化的相变层中的电子和晶格温度.我们将电子-声子碰撞率的时间依赖关系转化为温度依赖关系，并首次证明了电子-声子碰撞率具有非线性特征。这种温度依赖性在冷却阶段收敛到已知的平衡函数中。即使当沉积能量是熔化平衡焓的两倍时，激光激发镓层中新相的最大分数也仅达到60%。我们还表明，相变的步伐和一小部分的转换材料强烈依赖于激光激发镓层的厚度，这是几十纳米的数量级的整个范围内的泵浦激光能量密度的损伤阈值。激光激发后的相变动力学可以根据一级相变的经典理论来理解，而非热阶段的持续时间似乎与亚皮秒脉冲长度相当。
2003-11-04 physics.optics
Delayed-rate equations model for femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics
激光诱导击穿的实验和理论研究在亚皮秒时间尺度上引发电离雪崩的可能性和载流子碰撞电离相对于场电离的相对重要性方面提供了相互矛盾的结论。一方面，基于单电离速率方程的电流模型不考虑载流子的逐渐加热，对于短激光脉冲，这可能不足以开始雪崩。另一方面，基于跟踪载流子动力学的多速率方程的模型依赖于几个自由参数，这限制了我们可以从中获得的物理见解。在本文中，我们开发了一个模型，克服了这些问题，通过跟踪等离子体密度和载流子的平均动能作为时间的函数，形成一组延迟速率方程，我们使用匹配的激光诱导损伤阈值的几种电介质材料。特别是，我们表明，这个简化的模型再现了从多速率方程的预测，通过拟合实验数据确定明确的自由参数的数量有限。延迟速率方程模型的一个附带好处是它的计算效率，开放的可能性，大规模的三维建模的激光诱导透明介质的击穿。
2019-06-19 physics.comp-ph physics.optics
Focusing Terawatt-Scale Lasers Using Holographic Gaseous Lenses
Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Princeton University（普林斯顿大学）；LULI, CNRS, CEA, Sorbonne Université, École Polytechnique（LULI，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会，索邦大学，巴黎综合理工学院）
该研究针对太瓦级激光的光学损伤问题，实验演示了抗损伤的全息气体透镜，可高效调控高能激光，为下一代超高功率激光器提供了新方案。
2026-08-07 physics.optics physics.plasm-ph
Tunable ultrafast thermionic emission from femtosecond-laser hot spot on a metal surface: role of laser polarization and angle of incidence
本文利用改进的3D双温模型和修正的Richardson-Dushman方程，研究了激光偏振和入射角对镀金玻璃表面超快热电子发射的影响，发现峰值电子温度和发射持续时间对入射角和偏振具有强依赖性，为设计超快热电子发射器提供了重要见解。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanism of Laser Induced Filamentation in dielectrics
激光在透明材料中的应用非常广泛，从三维制造到生物技术。各种实验结果表明，飞秒激光脉冲在熔融石英中的传播强烈依赖于激光聚焦条件。然而，每个政权的物理机制尚未得到充分理解。在我们广泛的三维、高分辨率时域有限差分（FDTD）模拟中，首次观察到飞秒激光脉冲与石英玻璃相互作用中激光脉冲的单次和多次再聚焦，以及由此产生的单次和多次损伤区（细丝）。研究表明，克尔非线性对激光的松散聚焦起着至关重要的作用，而在激光的紧密聚焦状态下，克尔非线性不是一个重要的因素，在这种状态下，几何聚焦变得重要。我们的模拟结果与现有的实验结果吻合得很好。此外，改进的分析模型预测给出了一个合理的估计从克尔非线性制度的线性几何聚焦制度的转变。
2020-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultrashort 30-fs laser photoablation for high-precision and damage-free diamond machining
本研究采用30飞秒激光开展金刚石光蚀加工，通过调控剂量、能量密度与脉冲数参数，实现了无热损伤、无石墨化的超高精度加工，为量子材料与先进刀具领域的金刚石加工提供了可行方案。
2025-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear reversal of photo-excitation on the attosecond time scale improves ultrafast x-ray diffraction images
本研究利用亚飞秒X射线自由电子激光脉冲，通过受激发射部分逆转辐射损伤，增强衍射信号并降低电荷态，为高分辨率成像和光谱学开辟新途径。
2025-06-24 physics.optics
Femtosecond Three-Dimensional Imaging of Single-Protein with Hard X-ray Laser
Deutsches Elektronen Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；European XFEL（欧洲自由电子激光）；Max-Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普物质与结构动力学研究所）；Universität Hamburg（汉堡大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of Washington（华盛顿大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；New York University（纽约大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Harvard University（哈佛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；University of Rome Tor Vergata（罗马第二大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Royal Melbourne Institute of Technology（皇家墨尔本理工大学）；University at Buffalo（布法罗大学）；Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本研究利用X射线自由电子激光实现了对单个巨型血红蛋白红细胞素的飞秒三维成像，分辨率达约20埃，为生物单粒子成像突破辐射损伤限制提供了新途径。
2026-10-27 physics.acc-ph physics.bio-ph physics.comp-ph
Enhanced ultrafast X-ray diffraction by transient resonances
单次超短X射线脉冲破坏前衍射成像有可能在纳米级上以亚飞秒分辨率在自然环境中可视化非平衡过程，例如化学反应，而无需结晶。在这里，一个纳米样品部分衍射一个单一的X射线闪光之前，样品损坏发生。从相干X射线干涉图像可以重建样品的结构信息。来自单个重元素纳米颗粒的这种快照的最新空间分辨率限于几纳米。空间分辨率的进一步提高需要更高的图像亮度，这最终受到样品漂白效应的限制。我们比较了来自单个100 nm的纳米颗粒的快照作为X射线脉冲持续时间和入射X射线强度的函数，在纳米颗粒-壳共振附近。令人惊讶的是，用几个飞秒和亚飞秒脉冲记录的图像比静态线性模型预测的要亮10倍。我们的蒙特卡罗模拟和整个数据集的统计分析证实了这些发现，并归因于瞬态共振的影响。我们的模拟表明，曝光过程中的超快形状因子变化可以将X射线图像的亮度提高几个数量级。我们的研究指导了在纳米尺度上以前所未有的空间和时间分辨率相结合的成像方式。
2022-07-12 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.optics
Low-dispersion low-loss dielectric gratings for efficient ultrafast laser pulse compression at high average powers
我们已经开发出低色散（1480 l/mm），无共振，衍射光栅的介电材料耐飞秒激光损伤$(SiO_{2}/HfO_{2})$。用能制作对角线达1 m的光栅的设备制作了直径为14 cm的样品，在λ = 810 nm处的平均衍射效率为99.1%，均匀性为0.4%。这些光栅在面外几何结构中压缩30 fs脉冲的实现可以导致压缩器效率为~ 95%。测得的激光吸收比目前的超快拍瓦级压缩器光栅低500倍，这将使这些激光系统的平均功率处理能力大幅增加。
2018-11-06 physics.ins-det physics.optics
Measurement of ultrashort laser ablation of four metals (Al, Cu, Ni, W) in single pulse regime
我们提供了四个后过渡和过渡金属（铝，铜，镍和钨）的烧蚀测量单800 nm的激光脉冲照射，在超短政权从100 fs的脉冲持续时间下降到15 fs覆盖的时间范围很少探索尚未。对于测试的每种金属和脉冲持续时间，我们测量其烧蚀特征（深度和直径）作为入射能量的函数，使我们能够确定其单次发射状态下的激光诱导烧蚀阈值和烧蚀率。对于所有研究的金属，我们观察到恒定的烧蚀阈值通量作为脉冲持续时间的函数，将此比例定律扩展到几个光周期的脉冲持续时间。我们还提供了证据的利益，调整入射能量密度，以最大限度地提高能量比消融深度，但也没有任何特殊的优势，使用极短的脉冲持续时间的消融目的。这些信息和详细的烧蚀数据已在单脉冲制度和空气气氛中获得。它们可以作为有益的反馈，进一步建立智能策略飞秒激光微加工和激光损伤处理的金属和金属基组件，以及提高精度的飞秒激光与金属相互作用的建模在超短政权。
2020-10-30 physics.app-ph physics.optics
Bright coherent attosecond X-ray pulses from beam-driven relativistic mirrors
ELI Beamlines Facility, Extreme Light Infrastructure ERIC（极光大设施，极端光基础设施欧洲研究共同体）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院）；Kansai Photon Science Institute, National Institutes for Quantum Science and Technology（日本量子科学技术研究机构关西光子科学研究所）
本文提出基于相对论镜的新型超快相干光源，利用微米级等离子体中的相对论电荷粒子束驱动激光反射，产生亮度高、相干且带宽可调的阿秒X射线脉冲，具有与自由电子激光相当的峰值强度和光谱亮度。
2024-03-05 physics.optics physics.plasm-ph
High-repetition-rate terahertz and ultraviolet radiation for high-throughput ultrafast electron diffraction
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）
本文提出了一种基于Yb:KGW激光器的高重复率太赫兹和紫外辐射源，实现了高平均功率的非线性转换，适用于超快电子衍射和光谱研究。
2026-01-05 physics.optics
Harnessing ultrafast optical pulses for 3D microfabrication by selective tweezing and immobilization of colloidal particles in an integrated system
本文提出单激光STIC平台，集成飞秒激光光镊操控与双光子聚合固定，实现胶体及MoS2等材料的三维微加工，并引入TPP把手提升光镊效率，为高精度微纳制造提供了可扩展方案。
2025-01-13 physics.optics
