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摘要:
During femtosecond laser fabrication,photons are mainly absorbed by electrons,and the subsequent energy transfer from electrons to ions is of picosecond order.Hence,lattice motion is negligible within the femtosecond pulse duration,whereas femtosecond photon-electron interactions dominate the entire fabrication process.Therefore,femtosecond laser fabrication must be improved by controlling localized transient electron dynamics,which poses a challenge for measuring and controlling at the electron level during fabrication processes.Pump-probe spectroscopy presents a viable solution,which can be used to observe electron dynamics during a chemical reaction.In fact,femtosecond pulse durations are shorter than many physical/chemical characteristic times,which permits manipulating,adjusting,or interfering with electron dynamics.Hence,we proposed to control localized transient electron dynamics by temporally or spatially shaping femtosecond pulses,and further to modify localized transient materials properties,and then to adjust material phase change,and eventually to implement a novel fabrication method.This review covers our progresses over the past decade regarding electrons dynamics control (EDC) by shaping femtosecond laser pulses in micro/nanomanufacturing:(1) Theoretical models were developed to prove EDC feasibility and reveal its mechanisms;(2) on the basis of the theoretical predictions,many experiments are conducted to validate our EDC-based femtosecond laser fabrication method.Seven examples are reported,which proves that the proposed method can significantly improve fabrication precision,quality,throughput and repeatability and effectively control micro/nanoscale structures;(3) a multiscale measurement system was proposed and developed to study the fundamentals of EDC from the femtosecond scale to the nanosecond scale and to the millisecond scale;and (4) As an example of practical applications,our method was employed to fabricate some key structures in one of the 16 Chinese National S&T Major Projects,for which electron dynamics were measured using our multiscale measurement system.
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文献信息
篇名 Electrons dynamics control by shaping femtosecond laser pulses in micro/nanofabrication: modeling, method, measurement and application
来源期刊 光:科学与应用(英文版) 学科
关键词 electrons dynamics control femtosecond laser micro/nano fabrication pulse shaping
年,卷(期) 2018,(1) 所属期刊栏目
研究方向 页码范围 21-47
页数 27页 分类号
字数 语种 英文
DOI 10.1038/lsa.2017.134
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electrons dynamics control
femtosecond laser
micro/nano fabrication
pulse shaping
研究起点
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期刊影响力
光:科学与应用(英文版)
双月刊
2095-5545
22-1404/O4
吉林省长春市东南湖大路3888号
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