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利用超快激光非衍射光束实现高分辨率材料结构化

DOI：10.1080/23746149.2019.1659180 期刊：Advances in Physics: X 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 100纳米尺度的激光加工是材料处理领域的关键基石，它能在表面和体相中实现新型尺寸依赖功能，从而拓展一系列技术应用。在此尺度下，被加工材料会获得不仅取决于单一形貌特征局部效应，还涉及日益增强的集体行为的光学、输运或接触特性。然而，鉴于光学衍射极限，利用高强度相干光快速制备亚100纳米特征结构仍是激光微纳加工面临的挑战。具有可控时间包络的超快非衍射光束能突破这一限制，实现超分辨加工——这是下一代灵活精密材料加工工具的先决条件。这类光束展现出以极高精度和卓越深宽比加工透明材料的卓越能力，其原理在于能激发具有纳米级特征空间尺度的快速流体动力学效应和材料断裂效应。通过回顾当前成果与技术潜力，我们从动力学视角探讨了利用超快贝塞尔光束实现超衍射极限结构特征的物理机制，并阐述了具有重大技术应用价值的相关领域。
作者： Razvan Stoian，Manoj Kumar Bhuyan，Anton Rudenko，Jean-Philippe Colombier，Guanghua Cheng
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研究概述 实验方案

研究目的

研究某种特定草药对特定疾病的治疗效果。

研究成果

总之，我们已证明非衍射贝塞尔光束能在小于光学极限的尺度上实现材料结构化，并形成特定高宽比，从而为激光加工应用开辟新途径。特征尺寸源于材料响应——其特性尺度由流体动力不稳定性决定，并受特定一维几何构型促进。该尺度最终由固相或液相中的纳米空化现象定义，且能达到创纪录的数值。在回顾激发与弛豫路径时，我们从动力学视角探讨了这一过程。研究表明，结构改性的可控性取决于激发能量大小。这一可实现尺度为纳米级材料加工带来重要机遇，有望在直接聚焦与自组织两种模式下突破100纳米基准。贝塞尔-高斯光束的核心特性在于强能量约束与高纵横比，其结构化潜力既适用于需要大范围相互作用（如切割工艺）的应用场景，也适用于高分辨率需求（如混合微纳光子学）的领域。这些光束在二维/三维结构生成方面的潜力正延伸至二维材料、硬质材料领域，并朝着具有更高灵活性的特殊轮廓应用方向拓展。

研究不足

实验的技术和应用限制，以及潜在的优化领域。

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