1 Riken Spring-8 Center,1-1-1 Kouto,Sayo,Sayo,YOOGO 679-5148,日本2日本2精确科学与技术系,大阪大学工程研究生院,2-1 Yamada-Oka,Osaka,Osaka,Osaka 565-0871,日本565-0871,日本3日本3 UniwersytetupoznaðSkiego2,PL-61614 POZNA或波兰4自由电子激光科学中心CFEL,DEUTSCHES ELEKTRONEN-SYNCHROTRON DESY,NOTKERSTER,NOTKERSTER。85,22607德国汉堡5欧洲XFEL GMBH,HOLZKOPPEL 4,22869德国Schenefeld,德国6核物理研究所6,波兰科学院核物理学院,Radzikowskiego 152,152,152,31-342 KRAKOW,波兰克拉克夫,波兰7材料材料部7材料,材料部7材料部 Nagoya, 464-8603, Japan 8 Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Kouto 1-1-1, Sayo, Hyogo 679-5198, Japan 9 Center for Ultra-Precision Science and Technology, Graduate School of Engineering, Osaka University, 2-1 Yamada-oka, Suita, Osaka 565-0871, Japan
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。
摘要 神经电极接口对于各种生物电子治疗的刺激安全性和记录质量至关重要。最近提出的由飞秒激光制备的分级铂铱 (Pt-Ir) 电极在体外表现出优异的电化学性能,但其在体内的性能仍不清楚。在本研究中,我们通过在成年大鼠脑内植入 1、8 和 16 周来探索分级 Pt-Ir 电极的电化学性能、生物反应和组织粘附性。以普通光滑 Pt-Ir 电极作为对照。结果表明,两种电极的电化学性能在植入过程中下降并趋于平稳。然而,16 周后,分级电极的电荷存储容量稳定在~16.8 mC/ cm 2 ,是光滑对照电极 (1.1 mC/cm 2 ) 的 15 倍。此外,高度结构化的电极具有更低的阻抗幅度和截止频率值。与光滑电极相似的组织学反应表明分层结构的 Pt-Ir 电极具有良好的生物相容性。鉴于其卓越的体内性能,飞秒激光处理的 Pt-Ir 电极在神经调节应用方面表现出巨大的潜力。
检测从Terahertz到可见光谱结构域的光脉冲的电场波形提供了平均场波形的完整特征,并具有量子光学的巨大潜力,时间域(包括频率bomb)光谱镜,高谐波,高谐波,高旋转性生成和Attosecond Science,可举几例。可以使用电磁抽样进行场分辨的测量,其中激光脉冲通过与另一个较短持续时间的另一个脉冲的相互作用来表征。测得的脉冲序列必须由相同的脉冲组成,包括其相等的载体 - eNvelope相(CEP)。由于宽带激光增益介质的覆盖率有限,在中红外创建CEP稳定的脉冲序列通常需要非线性频率转换,例如差异频率产生,光学参数放大或光学整流。这些技术以单次通道的几何形状运行,通常会限制效率。在这项工作中,我们展示了对谐振系统(光学参数振荡器(OPO))中产生的脉冲的现场分解分析。由于固有的反馈,该设备在给定的输入功率水平上表现出相对较高的转换效率。通过电磁抽样,我们证明了用CEP稳定的几个周期纤维激光脉冲泵送的亚谐波OPO会产生CEP稳定的中红外输出。完整的振幅和相信息使色散控制直接控制。我们还直接在时间域中直接确认了Opo的外来“翻转”状态,在时域中,连续脉冲的电场具有相反的符号。
光动力疗法(PDT)依赖于一系列导致细胞死亡的光学和光化学反应。虽然对各种癌症有效,但由于黑色素的高光吸收,PDT在治疗色素黑色素瘤方面的成功率较低。在这里,使用〜100 fs脉冲的近近红外激光光对光子坐骨的2-光子激发(2p -pdt)来解决此限制。使用色素和非有色的鼠类黑色素瘤克隆细胞系在体外阐明黑色素在启用而不是阻碍2p -PDT中的关键作用。比较了临床光敏剂(visudyne)和卟啉二聚体(Oxdime)之间的光循环毒素 - 比较600-倍倍高于σ2p值。出乎意料的是,尽管两种细胞系中的1p -PDT响应都是相似的,但2p激活在杀死色素方面比非色素细胞更有效,这表明黑色素2p -pdt具有主要的作用。在体内的结膜黑色素瘤模型中证明了临床翻译的潜力,在该模型中完全消除了小肿瘤。the工作阐明了在多 - 光子PDT中的黑色素贡献,从而使基于光的治疗方法可以提高,这些治疗以前认为在色素的肿瘤中不适合使用。
现代信息技术的发展导致对具有复杂表面轮廓和纳米级表面粗糙度的微光学元件的需求巨大。因此,各种微纳加工技术被用于制造微光学元件和系统。飞秒激光直写(FsLDW)利用超快脉冲和飞秒激光的超强瞬时能量进行微纳加工。FsLDW表现出各种优异的性能,包括非线性多光子吸收、超越衍射极限的高精度加工和可加工材料的通用性,展示了其在三维(3D)微纳制造中的独特优势和潜在应用。FsLDW已在各种微光学系统的制造中展示了其价值。本研究详细介绍了FsLDW的三种典型原理、几种提高加工性能的设计考虑因素、可加工材料、成像/非成像微光学元件及其立体系统。最后,对FsLDW支持的微光学元件和立体系统的未来研究方向进行了总结和展望。
模式分割的多路复用技术与几种模式ERBIUM掺杂纤维放大器(FM-EDFA)相结合,显示出解决标准单模光纤(SSMF)传输系统的容量限制的重要潜力。但是,在FM-EDFA中产生的差异模式增益(DMG)从根本上限制了其传输能力和长度。在此,提出了使用飞秒激光微加工来调整折射率(RI)的创新DMG均衡策略。可变模式依赖性衰减可以根据FM-EDFA的DMG曲线来实现,从而实现DMG均衡。为了验证提出的策略,研究了常用FM-EDFA配置的DMG均衡。模拟结果表明,通过优化飞秒激光尾区域的长度和RI调节深度,在3个线性偏振(LP)模式组中,最大DMG(DMG MAX)在10 dB中降低了10 dB,而平均DMG(dmg ave)的平均dmg(dmg ave)。最后,实验证明了一个2-LP模式DMG均衡器,导致DMG最大最大从2.09 dB减少到0.46 dB,并且在C频带上将DMG AVE从1.64 dB降低到0.26 db,仅插入插入率为1.8 db。此外,使用5.4 dB实现了最大可变DMG均衡范围,满足了最常用的2-LP模式扩增方案的要求。
玻璃中飞秒(FS)激光诱导的修饰的种类铺平了通过激光脉冲能的非线性吸收引发的多种结构变化的道路。光眼镜中这些修饰的性质根据激光写参数而变化,并且在文献中将其分为三种主要类型[1]。I型修饰可以观察到较低能量处的折射率的平滑和均匀变化。早期研究表明,FS激光器在硅玻璃中诱导3D折射率分析的潜力,这是创建波导的基础步骤[2]。II型修饰是通过折射率的各向异性变化来区分的。在特定的脉冲持续时间,频率和能量条件下,出现了强烈的双折射,它起源于垂直于激光极化的定期层状纳米结构[3]。在较高的激光强度下,发生了III型修饰,这是由于局部微探索而形成的纳米/微粒子具有致密壳的形成。是II型修饰,与纳米的形成有关。fs激光诱导的纳米射流在几个技术域中发现了广泛的应用。它们在创建长期光学数据存储设备[4,5],热光传感器[6,7]和微流体[8,9]中起着核心作用。重要的是,它们还用于制造各种光学元件,包括波导,光层转化器[10,11]和其他双重元素[12]。尽管其应用的范围很广,但对玻璃中纳米形成背后的机制的全面理解仍有待实现。这是至关重要的,因为它会影响他们的制造,因此在各种技术环境中优化了它们的使用。纳米形成过程的中心是多光子电离的现象,其中光子吸收促进了从入射光到实心玻璃结构的能量转移[13]。由于激光强度超过特定的阈值,它会导致血浆的产生,其特征是高密度自由电子云[14]。入射激光与不均匀性的散射光之间的干扰
飞秒直接激光写入(FS DLW)是在透明介电材料中产生3D光子微结构的强大方法[1,2]。后者在短时间内通过非线性过程吸收FS脉冲的能量,从而在μM规模的辐照面积(损伤轨道)内进行了永久性的材料修饰,从而导致折射率的热变化。激光波导(WGS)最近引起了极大的关注[1]。飞秒脉冲对激光WGS的铭文受益于快速制造时间,高精度,获得各种几何形状和活性材料。对于此类WG,达到了低至中等传播损失。wg激光器代表光子积分电路的构件之一[2]。如果设计正确,它们会受益于单模模式操作,低阈值和高光强度[3]。表面WG可以通过将非线性光学材料沉积导致脉冲激光通过evanescent-Field景偶联而进行功能化[4,5]。
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