《超快材料计量学》全面论述了围绕超快激光与材料相互作用的检测计量技术,重点针对超精密工程的实际应用,从超快计量的实用角度系统地构建了超快光源、辐射聚焦、泵浦和探测技术和激光相互作用的理论框架,详细讲述了超快加工的应用实例,主要包含检测装置及其技术途径,为先进超快加工装备的研发和检测提供借鉴
《超快材料计量学》可帮助相关专业的本科生和研究生学习和理解超快材料计量学的理论基础及实际应用,也可作为超快材料计量领域科研人员及工程技术人员从事相关研究与应用的有价值参考用书。
超快激光器出现于20世纪70年代,在物质辐射吸收和后续熔化、蒸发等过程中,超快激光的特征时间尺度不同于连续和长脉冲激光,已经应用在诸多领域中。目前,超快激光器已达到平均功率千瓦量级,满足了先进工业生产的需求。近年来,我国已在超快激光光源和超快激光加工领域开展了大量的研究工作,其中大多数研究的切入点集中在超快光源研制和微纳加工质量的提升方面,例如,通过优化控制超快激光的作用参数以提升微纳加工效果等。这些研究往往根据作用后效果总结激光与物质作用规律,很少涉及对超快加工过程的状态测量和监控,因此存在较大的局限性。在超精细微纳加工中采用光学超快计量,可以实现对加工过程的状态测量和监控,但国内在这方面的研究有限,缺乏较完备的研究基础。因此,各类新型超快装备和系统的设计会受制于相关理论的匮乏,而本书阐释的超快材料计量学的相关理论原理和应用实例,具有较强的指导性和普适性。本书的出版将有助于拓宽我国超快激光技术研究和产业化应用的前进道路,推动超快激光探测和计量技术在我国的发展和应用进程。
Alexander Horn教授长期从事超快激光技术的研究,着重于激光诱导过程中的超快检测,尤其是典型泵浦和探测技术的发展和应用,目前已出版40多部著作。而本书是作者第一次向读者详细介绍应用超快激光开展激光与材料相互作用研究所用到的测量技术。本书共计8章,主要内容包括:超快计量的概念和历史、超快激光器特性、激光相互作用原理、泵浦和探测基础、超快检测方法、泵浦和探测计量的应用等。本书可供从事激光技术、探测与计量技术、光电子技术、光信息与科学技术、光电仪器、激光加工、激光诱导等离子体等相关方向的科研和产业化人员阅读,也可作为高等院校相关专业的教科书或者参考资料。
本书是我在德国耶拿弗里德里希·席勒大学光学与量子学研究所访学期间翻译完成的,德方有序推进的科研项目研究、导师和同事在专业领域的悉心指导,都为本书翻译工作的顺利进行打下了基础。在此感谢为本书出版做出辛勤工作的国防工业出版社编辑肖姝和在本书的翻译过程中给予我帮助和指导的所有人士。
由于译者水平有限,恳请广大读者对书中的疏漏和不妥之处批评指正!
最后,将此书送给我的女儿王茗馨,在德国访学期间她陪伴着我完成了本书的翻译工作,希望她以后\"博观而约取,厚积而薄发\"。
第1章 绪论
1.1 动机
1.2 光学泵浦和探测的定义
1.3 指南
1.4 激光效应矩阵和应用
1.5 光学超快计量的历史概况
1.5.1 激光出现之前的计量技术
1.5.2 超快泵浦和探测计量
第2章 超快工程研究工具
2.1 超快激光光源
2.1.1 超精密工程的通用特性
2.1.2 用于超快计量的超快激光器通用特性
2.1.3 激光振荡器
2.1.4 放大器
2.1.5 装置
2.2 超快激光辐射聚焦
2.2.1 超小激光聚焦
2.2.2 高斯光束
2.2.3 高斯光束参数
2.2.4 脉冲宽度
2.2.5 光束稳定度
2.2.6 超精细加工和诊断的关键参数
2.3 光束定位和扫描
2.3.1 定位
2.3.2 扫描系统
2.4 超快计量的新挑战
2.4.1 时间域
2.4.2 空间域
2.5 用于过程诊断的光学泵浦和探测技术领域
第3章 激光相互作用原理
3.1 线性到非线性光学
3.1.1 线性光学:群速度色散和啁啾
3.1.2 非线性过程
3.2 高功率光子和物质相互作用
3.2.1 物质对激光辐射的吸收
3.2.2 从电子到物质的能量传递
3.2.3 熔化和蒸发
3.2.4 熔化动力学
3.2.5 烧蚀开始
3.2.6 电离
3.3 超快时间尺度上的等离子体动力学匹配
3.3.1 等离子体中的辐射吸收
3.3.2 等离子体加热
3.3.3 等离子体电离
3.3.4 电子跃迁和能量传输
3.3.5 等离子体的介电函数
3.3.6 有质动力
第4章 泵浦和探测基础
4.1 超快激光辐射
4.1.1 光束传播
4.1.2 色散
4.1.3 相干性
4.2 探测光束状态和条件的准备
4.2.1 状态准备
4.2.2 光谱-时域整形状态的准备
4.2.3 状态测量
4.2.4 辐射属性的测量
4.3 超快激光辐射成像
4.3.1 衍射理论和非相干照明
……
第5章 超快检测方法实例
第6章 泵浦和探测计量的应用
第7章 对未来的展望
第8章 总结
附录
参考文献