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上海光机所知识创新工程试点工作简报

（第一一五期）

2004年1月6日

上海光机所在飞秒激光诱导介观尺度三维调控功能
微结构研究方面又获新进展

   在国家杰出青年基金项目“强场诱导微结构光功能材料”和中日合作“光子技术(Photon Craft Project)”国际合作研究项目支持下，上海光机所在“飞秒超短脉冲激光诱导介观尺度三维调控功能微结构”研究方面获得了新的进展。以邱建荣研究员等青年学者为骨干的实验室，利用聚焦的再生放大钛宝石飞秒激光作为诱导源，在石英玻璃、多组份光学玻璃以及功能离子掺杂的玻璃材料中，实现了有空间选择性的功能微结构的“雕入”，并使微结构的线度达到纳米量级。
   1. 利用该实验室研制的掺杂不同金属离子的玻璃，用飞秒激光“直写”并辅以特定的热处理，在玻璃内部的激光聚焦作用区实现了金属纳米粒子的空间选择性析出；通过改变激光功率、作用时间和热处理温度等参数，实现了金属纳米粒子析出尺度的三维调控。实验中发现，通过飞秒激光的再作用，可以使已形成的纳米粒子的形状和大小发生改变，直至“擦除”，从而可以对由上述纳米粒子构成的微结构进行形状与尺度的修饰。这种方法原理上可应用于在透明材料内部雕刻三维全色图案，高密度信息的三维存储与擦除，可集成全光开关及光调制元件等。向国际化学界权威杂志“Angew. Chem. Int. Edit.”（IF=7.671）投稿的关于这方面研究结果的论文”Manipulation of gold nanoparticles inside transparent materials”， 经严格的评审，最近已被该杂志接受，我所为第一作者单位。
   2. 在2000年发现并预测飞秒激光诱导具有记忆特性的偏光依赖光散射现象(Qiu, APL2000)的基础上，利用背散射电子成像技术发现了单光束飞秒激光照射后在石英玻璃中激光聚焦的焦点处存在条纹线宽约为20nm、周期约为160nm的纳米光栅结构。提出了飞秒激光与其诱导的等离子体波的干涉场与玻璃的非线性相互作用是这种“自组装纳米光栅”形成的机制。这一现象的发现，为纳米有序结构的制作及纳米级功能器件的集成工艺创新开辟了新途径。研究结果已发表于物理类权威杂志“Physical Review Letters” ，我所为合作作者单位。
   3. 利用飞秒激光双光束干涉辅以特定热处理的方法，在掺杂贵金属离子的硅酸盐玻璃内部诱导形成了含贵金属纳米粒子的光栅结构，产生的折射率变化量达10-1，线宽达150nm。通过改变激光条件，由单脉冲诱导形成了含金纳米粒子的双全息微光栅。发现了玻璃表面基于飞秒激光自倍频干涉形成的复合微光栅结构。观察到激光诱导的纳米金属粒子有序微结构的光学非线性性质可由饱和吸收向反饱和吸收转化，由自散焦向自聚焦转化的特征。这些特性分别在脉冲压缩和光信息处理等方面有应用前景。
   4. 基于创新性研究工作，该实验室在2003年内还在Appl. Phys. Lett., Opt. Lett., Phys. Rev. B等杂志已发表（或被接受）SCI论文25篇。在电子束诱导纳米微结构及新型微光学器件研制等方面进一步加强了与Southampton大学光学中心\Arizona州立大学等国际一流实验室的合作与交流。应邀在FST2003，OECC2003，PacRim2003和CLEO/PR03等大型国际会议作邀请报告5次。（光子技术国际合作实验室供稿）

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