01 超快强激光大气成丝简介

人们通常将脉冲宽度为飞秒(即千万亿分之一秒)量级、峰值功率在太瓦-拍瓦(1拍瓦约为全世界电力功率总和的100倍)量级的激光称为超快强激光。由于超快强激光的超高峰值功率，当其在大气（或其它光学介质）中传输时，会形成一个丝状高光功率密度等离子通道，被形象地称为“光丝”。 经过成丝过程，激光脉冲在时域上被压缩，其光谱在频域上跨越紫外、可见、红外甚至太赫兹波段。已有在大气中数千米高空观测到超快激光成丝现象的报道，这一距离甚至有延伸至20千米外的平流层的可能，为激光远程应用提供了前所未有的利器，在远程分子反应诱导和操控、多相态物质探测和分析、天气控制等方面具有重要应用前景。图1展示了超快强激光成丝远程诱导大气分子发光和传感探测示意图。

图1 超快强激光成丝远程诱导大气分子发光和传感探测示意图

02 远程空气激光

超快强激光与空气主要成分或其衍生物非线性作用可在远程产生无谐振腔的新型相干光源——空气激光。由于它可以在远场位置产生和传输的特性，为远程传感应用提供了重要的技术途径。研究团队围绕空气激光特别是氮分子离子激光的产生、机理、调控和应用开展了系列的研究工作，提出了“电离后多态耦合诱导分子布居数反转”新机制，澄清了空气激光现象观察与先前公认的强场理论“强场多光子或隧穿电离不能使氮分子离化后的粒子布居数发生反转”相悖的关键科学问题,并在国际上展示了迄今观察到最快的飞秒时间尺度氮分子离子布居数反转新现象。研究团队进一步通过等离子体光栅技术、偏振光场整形技术实现了对氮分子离子空气激光强度的数个量级的提升（见图2），并发展了基于空气激光的新型远程拉曼光谱技术，该技术有望在超快非线性光学、物理化学等研究领域取得应用。

图2 基于等离子体光栅技术的氮分子离子空气激光调控方案

03 飞秒激光点火与燃烧诊断

燃烧是人类获取能源的最主要方式，其过程经历了热解、点火、氧化、淬灭等多个步骤，非常复杂。直到今日，石油、煤炭和天然气仍是全世界最主要的一次能源消耗来源，通过燃烧诊断深入理解燃烧过程是实现节能、减排的关键。研究团队研究了超快强激光在燃烧环境下的非线性传输特性，在国际上首次实现了贫燃混合燃气的飞秒激光点火，打破了人们长期以来有关超短激光不适用于燃气点火的传统认知，为探索超快激光-燃烧物质相互作用后燃烧过程的超快动力学和燃烧化学奠定了基础；发展了基于超快激光成丝的燃烧诊断光谱新技术，实现了多种燃烧关键中间组分的同步分析（见图3（右））以及燃烧场内碳烟颗粒物分布特征及超快动力学的测量。研究成果为解析燃烧反应机理、分析燃烧化学反应超快动力学提供了新的思路。

图3 光丝与火焰作用照片及其诱导的非线性时间分辨光谱（右）

04光丝远程微纳加工技术

研究团队基于光丝的高强度且均一、长焦深等特性，发展了超快强激光大气环境下成丝微纳加工技术，实现了不规则形状材料表面微纳结构的远场大面积快速制备。例如，该技术可以在人工血管内壁原位制备出微纳结构，使血管内壁具备超疏水特性和更好的生物相容性，为治疗心血管疾病助力（见图4（左））；并且能够高效快速地制备出具有蜂窝状微结构的模具，从而组装出具有低成本、高灵敏度的柔性压阻式传感器（见图4（右））。系列研究工作表明超快强场激光大气成丝加工技术可以实现远程、低成本、大面积、不规则形状样品多功能表面制备，在光电器件、航空航天、生物医学、智能制造等行业具有广泛的应用前景。

图 4 飞秒激光光丝远程加工（左）及其在压力传感器方面的应用（右）

05 团队简介

徐淮良，吉林大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划科技创新领军人才、科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才、吉林省拔尖创新人才第一层次、吉林省长白山学者、唐敖庆特聘教授。现任吉林大学研究生院副院长。主要从事超快激光非线性光谱学和包括激光烧蚀、激光改性、激光取向、激光离化和解离等在内的激光与物质相互作用研究，在Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. X、Nat. Commun.等上发表SCI收录论文180余篇，应邀在 Springer系列丛书《Progress in Ultrafast Intense Laser Science》上发表5章节，在 Laser Photonics Rev. 等期刊上发表综述论文10篇，在国内外会议上作大会报告/邀请报告60余次。