大气气溶胶(例如雾中的水滴)会通过散射和吸收干扰激光传播。飞秒光丝已被证明可以清除雾区,从而改善后续脉冲的传输。但其详细的除雾机理尚未确定。在本文中,我们直接测量并模拟了在飞秒光丝特有的光学和声学相互作用影响下,半径约为 5 μ m(典型的雾)的水滴的动态。我们发现,对于由准直近红外飞秒脉冲崩溃产生的光丝,主要的液滴清除机制是激光光学破碎。对于此类光丝,光丝能量沉积在空气中发射的单周期声波不会对液滴造成影响,并且几乎不会产生横向位移,因此对雾的清除作用也几乎不会产生影响。仅对于紧密聚焦的非丝状脉冲,其中局部能量沉积大大超过丝状脉冲,声波才会显著取代气溶胶。
飞秒激光分层表面重构用于下一代神经接口电极和微电极阵列 Shahram Amini * 1,2、Wesley Seche 1、Nicholas May 2、Hongbin Choi 2、Pouya Tavousi 3、Sina Shahbazmohamadi 2 1 Pulse Technologies Inc.,研究与开发,宾夕法尼亚州 Quakertown 18951 2 康涅狄格大学生物医学工程系,康涅狄格州斯托尔斯 06269 3 康涅狄格大学 UConn 科技园,康涅狄格州斯托尔斯 06269 * 通信地址为 SA(电子邮件:samini@pulsetechnologies.com)摘要 长期植入式神经接口设备能够通过神经刺激以及感知和记录往返于神经组织的电信号来诊断、监测和治疗许多心脏、神经、视网膜和听力疾病。为了提高这些设备的特异性、功能性和性能,电极和微电极阵列(大多数新兴设备的基础)必须进一步小型化,并且必须具有出色的电化学性能和与神经组织的电荷交换特性。在本报告中,我们首次表明可以调整飞秒激光分级重构电极的电化学性能,以产生前所未有的性能值,这些性能值大大超过文献中报道的性能值,例如,与未重构电极相比,电荷存储容量和比电容分别提高了两个数量级和 700 倍以上。此外,建立了激光参数、电化学性能和电极表面参数之间的相关性,虽然性能指标随着激光参数呈现出相对一致的增加行为,但表面参数往往遵循不太可预测的趋势,否定了这些表面参数与性能之间的直接关系。为了回答是什么推动了这种性能和可调性,以及广泛采用的增加表面积和电极粗糙化的原因是否是观察到的性能提升的关键因素,使用聚焦离子束对电极进行的横截面分析首次表明,存在可能有助于观察到的电化学性能增强的亚表面特征。本报告首次报道用于神经接口应用的飞秒激光分层重构电极的此类性能增强和可调性。简介人口老龄化和大量心脏 1,2 、神经 3-6 、视网膜 7,8 和听力障碍 9,10 的存在,这些疾病无法仅通过药物治愈,导致需要长期植入设备的患者数量显著增加。表 1 总结了这些设备及其广泛的应用范围。植入式设备通过将外部电信号从神经刺激器或植入式脉冲发生器 (IPG) 传输到植入式电极或微电极阵列,然后穿过神经细胞或组织 11 的膜,对活组织进行人工刺激。神经系统负责传输从大脑到肌肉以引起肌肉运动的电信号,反之亦然,从感觉器官到大脑(例如,感觉、听觉和视觉)。如果神经受伤,大脑与周围神经之间的交流中断,例如脊髓损伤 12-15 ,则有可能
A. Goffin、J. Griff-McMahon、I. Larkin 和 HM Milchberg * 马里兰大学电子与应用物理研究所,马里兰州帕克分校,20742,美国 *milch@umd.edu 大气气溶胶(例如雾中的水滴)会通过散射和吸收干扰激光传播。飞秒光学细丝已被证明可以清除雾区,从而改善后续脉冲的传输。但详细的除雾机制尚未确定。在这里,我们直接测量和模拟半径约为 5 μm 的水滴(典型的雾)在飞秒细丝特有的光学和声学相互作用影响下的动态情况。我们发现,对于由准直近红外飞秒脉冲崩溃产生的细丝,主要的液滴清除机制是激光光学破碎。对于此类细丝,由细丝能量沉积在空气中发射的单周期声波不会影响液滴,也不会引起可忽略的横向位移,因此对雾的清除作用也微乎其微。只有当非细丝脉冲的聚焦程度很高时,局部能量沉积远远超过细丝,声波才会显著取代气溶胶。
tions(UPPE)求解器[38]。这些结果与等离子体柱的整体尺寸相符,但也表明整个等离子体具有丰富的细尺度结构(正如我们在多丝状区域所预期的那样[39-41])。在本文中,我们进行了简化,没有包括细尺度等离子体扰动。由于强度钳制,等离子体柱近似为具有恒定密度的中心核,然后沿径向下降 100μm,在外半径 r pl 处密度为零。速度分布由我们的 PIC 代码确定:给定 E(⃗x,t),空气以 W 速率电离[35],新电子在脉冲的剩余部分中加速[28](执行这些计算的代码包含在[31]中)。一般而言,速度分布受 γ = 1 附近强场电离细节(例如 [ 42 ])和成丝过程中激光脉冲变形的影响。在本文中,我们进一步简化并假设电子以零初始速度电离,然后由高斯脉冲的剩余部分加速(具有 ˆ x 极化并在 + z 方向上传播)。整体而言,初始 N e 是高度非麦克斯韦的,在 100 Torr 时具有峰值动能 K tail ≃ 5 eV,平均动能 K avg ≃ 0. 6 eV,而在 1 Torr 时这些值增加到 K tail ≃ 16 eV 和 K avg ≃ 2 eV。对于 3.9 µ m 激光器,动能大约大 25 倍,因为激光强度相当且能量按 λ 2 缩放。接下来我们考虑等离子体柱的演变。给定 N e ,我们构造等离子体的横向薄片,在纵向 ˆ z 使用周期性边界条件(由于电子速度只是 c 的一小部分,因此这对领先阶有效),并使用我们的 PIC 代码模拟径向演变。德拜长度相当小:λ Debye ≃ 10 nm,因此我们使用能量守恒方法 [43] 来计算洛伦兹力。电子-中性弹性碰撞频率 ν eN 取决于 O 2 和 N 2 的截面,对于我们的能量来说大约为 10 ˚ A 2 [44]。反过来,电子-离子动量转移碰撞频率由 ν ei = 7 给出。 7 × 10 − 12 ne ln(Λ C ) /K 3 / 2 eV ,其中 Λ C = 6 πn e λ 3 Debye [45]。然后将得到的径向电流密度 J r 和电子密度 ne 记录为半径和时间的函数(更多详细信息可参见 [31] 的第 3 部分)。这些结果可以很好地分辨,网格分辨率为 ∆ x = ∆ y = 2 µ m,等离子体外缘的大粒子权重为 ∼ 10。图 1 中给出了 100、10 和 1 Torr 下 PW 模拟中λ = 800 nm 的电子数密度。t = 0 时等离子体外缘具有简化的阶跃函数轮廓,在半径 r pl = 0 处 ne = 10 20 m − 3。 5 毫米。因此,除了从等离子体边缘发射出脉冲波外,在内部激发出约 90 GHz 的相干径向等离子体频率振荡 [ 46 ],在表面激发出约 63 GHz 的 SPP [ 33 , 34 , 47 ]。扩展到中性大气中的 PW(r > r pl)对密度不敏感
飞秒激光器由于其独特的特征(例如超短脉冲宽度和极高的峰值强度)开辟了新的材料加工途径,这为将各种材料加工到其他常规激光器提供了卓越的性能[1,2]。具体而言,飞秒激光处理的最重要特征之一是它能够通过抑制受热影响区域(HAZS)的形成,以高质量地进行超高精确的微型和纳米化。飞秒激光器广泛用于商业应用,包括电子,汽车和医疗组件的微加工和修剪;玻璃和蓝宝石基材的涂抹和划分智能手机和显示器;通过纳米结构的Si太阳能电池,硒化铜硅化铜,硒化铜和无机太阳能电池制造抗反射表面;微光发射二极管显示的缺陷修复和边缘切割;和医疗支架的制造。迫切要求提高吞吐量,以进一步加速其商业化和工业应用。可以想象,可以通过增加激光脉冲的强度和/或重复率很容易地增加吞吐量。然而,较高的强度遭受了血浆屏蔽的影响,降低了消融效率,并且由于沉积过量的能量而经常诱导热损害[3]。重复率高于数百kHz会诱导热量积累会产生较大的HAZ,这不适用于高精度或高质量的微分化[4]。他们称此过程消融冷却。这些结果具有ilday的小组最近证明,具有GHz重复率的飞秒激光脉冲的突发可以提高消融效率,如图1 [5]所示。他们声称,在先前的脉冲沉积的残留热量之前,将目标材料从加工区域扩散,以提高消融效率(一阶较高)。他们进一步声称,消融材料的物理去除将消融质量中包含的热能带走,导致高质量消融,没有热效应。
基于我们在去年所证明的成功的单光子3D光场光刻学,我们将方法扩展到了飞秒3D光场光刻。与我们以前的单光子与紫外线LED光的工作相比,使用飞秒光和3D光场光刻中相关的两光子光吸收可以仅在3D空间中设计的Voxel位置周围固化光线剂。这样的两光子方案可以防止在到达设计的体素位置之前,在我们以前的基于UV LED LED的单光子3D灯场光谱术中观察到,在到达设计的体素位置之前,光孔物的光孔疗法固化。飞秒两杆3D光场光刻的实验方案从将均匀的飞秒激光脉冲传递到空间光调节器开始。设计的像素映射显示在空间灯调制器上,然后传递到Microlens阵列中以在自由空间中构造3D虚拟图像。通过使用显微镜系统在光构仪层中压缩3D虚拟图像,我们可以成功生成不同的显微镜3D模式,而无需像传统的3D光刻一样依赖扫描过程。在这项研究中,我们介绍了(a)为使用飞秒光的3D模式开发的(a)算法的初步结果,当使用飞秒光线时,该算法应满足其他约束,并且((b)具有fletoResists生成的3D模式,具有flemtosecond femtsecond thepsocond Photon 3D 3D Light Field Field Field Figh Figh Figh Figh Figh Field Littionshophation。
线性到非线性飞秒激光脉冲在空气中聚焦的能量极限 Yu.E.Geints 1、DVMokrousova 2、DVPushkarev 2、GERizaev 2、LVSeleznev 2、I.Yu.Geints 1,3、AAIonin 2 和 AAZemlyanov 1、1 VE Zuev 俄罗斯科学院西伯利亚分院大气光学研究所,1,Zuev 院士广场,托木斯克 634055,俄罗斯 2 PN 俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所,53 Leninskii pr.,莫斯科 119991,俄罗斯 3 莫斯科国立大学物理学院,列宁戈里,莫斯科 119991,俄罗斯 * 电子邮件:ygeints@iao.ru 摘要 紧密聚焦高功率超短激光的传播光学介质中的脉冲通常受介质光学非线性的显著影响,这会显著影响非线性焦点周围的激光脉冲参数,并导致不可避免且通常不受欢迎的焦腰空间扭曲。我们介绍了在不同空间聚焦下飞秒 Ti:蓝宝石激光器脉冲在空气中传播的实验研究和数值模拟结果。我们集中研究了不同聚焦方式下的光谱角和空间脉冲变换 - 从线性到非线性,当脉冲成丝时。据我们所知,我们首次发现了激光脉冲数值孔径范围 - 即从 NA = 2·10 -3 到 5 10 -3(对于 1 mJ 的激光脉冲能量),其中激光脉冲频率角谱和脉冲空间形状的畸变最小。通过数值模拟,我们发现了各种聚焦条件下的阈值脉冲能量和峰值功率,在此范围内,空气中的线性和强非线性激光脉冲聚焦之间会发生转变。结果表明,随着脉冲数值孔径的增大,该能量极限降低。我们的研究结果确定了足够的激光脉冲数值孔径和能量,以获得焦点附近具有良好光束质量的最大激光强度,适用于各种激光微图案化和微加工技术。1.引言光学介质的强非线性通常在高峰值功率激光脉冲在该介质中的传播中起着显著的作用,这导致脉冲时空自调制和其光谱成分的大规模变化,发生在脉冲高强度区域,即在伴随相对较高的自由电子密度的细长等离子体通道的激光束丝中。在空气和其他透明介质(如水、固体电介质等)中,这种丝状物的峰值强度可高达数百TW/cm2,而平均丝状物横向尺寸因传播介质、激光波长和聚焦条件的不同而从几个微米到数百微米不等[1]。在丝状化过程中,激光脉冲发生深度自相位调制,这导致其频率角谱显著丰富。这也导致了宽超连续谱翼[2]和高发散圆锥发射环[3]的形成。到目前为止,已经有大量研究致力于超短激光脉冲的成丝及其可能的应用(例如,参见评论[1,4,5])。在峰值功率P 0 超过自聚焦临界功率P c 的准直或聚焦激光脉冲传播过程中,成丝现象开始于所谓的非线性焦点。可以使用半经验马尔堡公式相当准确地估计到非线性焦点的距离z sf
摘要。集成的光子学引起了广泛的关注,并且在经典和量子光学器件中发现了许多应用,从而满足了现代光学实验和大数据通信中不断增长的复杂性的要求。femtsecond(FS)激光直接写入(FLDW)是一种公认的技术,用于在透明玻璃中生产波导(WGS),这些技术已用于构造复杂的集成光子设备。fldw具有独特的特征,例如三维制造几何形状,快速原型和单步制造,这对于集成通信设备以及量子光子和天体技术技术很重要。为了充分利用FLDW,已经做出了相当大的努力,以在较大的深度上产生WG,而传播损失较低,耦合损失,弯曲损失和高度对象模式场。我们总结了具有可控的横截面形态,高度对称模式领域,低损失以及高处理统一性和效率的可控形态的高性能WGS的机制,并讨论WGS在光学集成设备中的WG最近进展,以进行通信,拓扑,量化物理学,量子,量子信息,量词,天文学处理和天文学。还指出了该领域的未来挑战和未来的研究指示。
电子能谱J(E)。 电流的表达是i(t,v g)= i(v g)+ 〜i(t)at:电子能谱J(E)。电流的表达是i(t,v g)= i(v g)+ 〜i(t)at:
摘要 首次在高压、低温条件下表征了选择性双光子吸收共振飞秒激光电子激发标记 (STARFLEET) 测速技术。研究在美国宇航局兰利研究中心的 0.3 米跨音速低温风洞中进行,流动条件涵盖了该设施的整个运行范围;总压力范围从 100 kPa 到 517 kPa,总温度从 80 K 到 327 K,马赫数从 0.2 到 0.85。检查了 STARFLEET 信号强度和寿命测量的热力学依赖性,因为强度和寿命都会影响测量精度。发现信号强度与密度成反比,而寿命与密度几乎成线性关系,直到接近氮的液汽饱和点。速度测量的准确度和精度是在整个条件范围内评估的,标准误差确定为 1.6%,而精度范围约为自由流速度的 1.5% 至 10%。还观察到精度具有温度依赖性,这可能是由于在较高密度下寿命较长所致。
