[發明專利]一種利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法

無效

• 申請號: 200810152327.5
• 申請日: 2008-10-14
• 公開（公告）號: CN101380693A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 楊建軍;楊陽;梁春永;王洪水
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/067;B23K26/08;B23K26/38
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

1.一種利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于制備步驟如下：

1)將金屬材料表面進行機械打磨和拋光后，用去離子水超聲清洗干凈，然后在空氣環境中將其固定在一個三維精密移動平臺上，并通過計算機控制來實現對上述金屬材料在空間位置上的移動；

2)以飛秒激光束為主光路，以氦氖激光束作為輔助光路，調整氦氖激光與飛秒激光束同向傳播，并使兩者在光路上能夠相互重疊，然后一起經過聚焦鏡后垂直到達上述金屬材料表面；

3)關閉或阻擋飛秒激光束，使得此時只有氦氖激光束照射到上述材料表面的某一位置處，然后在沿逆光束方向遠離聚焦鏡的光路上以45度角放置一個分束器，使得從上述金屬材料表面反射并經過聚焦鏡回來的激光束與原入射光束進行空間上的分離，并采用光電探測器對其搜集和實時成像；

4)將上述金屬材料在垂直于入射激光束的二維平面內移動，通過觀察成像系統中光斑大小的變化，來調整加工平臺的水平傾斜程度，使得上述金屬材料的整個表面與入射激光束相互垂直；

5)在沿平行于入射光束的方向上調整上述金屬材料所處的位置，使得從成像系統中觀察到的光斑尺寸最小；

6)關閉或阻擋氦氖激光束，使飛秒激光束直接照射到上述金屬材料表面，并通過控制三維加工平臺使上述材料沿平行于入射激光束方向向前或向后移動，每移動一個設定的步長后，僅有1-3個飛秒激光脈沖對上述金屬材料進行燒蝕；

7)用顯微鏡觀測上述金屬材料在每次移動后飛秒激光對其表面造成燒蝕的區域尺寸，從中尋找獲得最小燒蝕區域所對應的金屬材料表面空間位置，即為飛秒激光束經過聚焦鏡后的焦點位置，并通過控制三維加工平臺將上述金屬材料表面移動至這一位置；

8)將位于聚焦鏡焦平面上的上述金屬材料沿逆光束方向移動一個設定的距離，并使得在整個移動過程中上述金屬材料表面與入射激光束能夠保持相互垂直；

9)保持入射的飛秒激光束方向不變，控制加工臺使得上述金屬材料在垂直于光束方向上的平面內進行二維移動掃描，并通過改變入射激光能量，在上述金屬材料表面制備獲得不同類型的微/納結構。

2.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述金屬材料為鈦-鎳合金。

3.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述飛秒激光參數為：脈沖重復頻率1千赫茲、脈沖寬度50飛秒、脈沖中心波長800納米、光束為線偏振光。

4.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述聚焦鏡為10x的顯微物鏡。

5.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述金屬材料沿平行于光束方向向前或后移動的范圍為500微米，移動步長為5-10微米。

6.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述金屬材料沿逆光束方向偏離聚焦鏡焦平面的設定距離為10-250微米。

7.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述二維移動掃描過程中相鄰激光刻線之間的距離10-50微米、掃描速度0.2-2毫米/秒。

8.根據權利要求1所述的利用飛秒激光在金屬材料表面制備微/納結構的方法，其特征在于：所述入射激光能量在50-300微焦耳范圍內進行調節，在金屬材料表面誘導產生的微/納結構有三種類型，包括類珊瑚狀的微腔結構、納米顆粒覆蓋的類光柵狀亞波長結構以及類蜂窩狀的微光柵-納米孔復合結構。