[發(fā)明專利]飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310172920.7
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103286453A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈鑫;賈天卿
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電機學院
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/067;G02B27/28
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超短脈沖微加工和全息光刻的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

激光干涉技術(shù)是制備二維、三維周期花樣的有效手段之一，由于其工藝簡單并且成本低廉而得到了廣泛的應(yīng)用。激光干涉技術(shù)是將多束激光以一定的夾角入射到同一區(qū)域進行相干，將產(chǎn)生的強度分布圖樣刻印在光敏材料上，從而制備周期性排列的格點結(jié)構(gòu)。通過改變光束數(shù)量以及光束間的排列方式能夠制備不同周期的規(guī)則二維、三維格點結(jié)構(gòu)花樣；通過調(diào)節(jié)光束的偏振及相位能夠改變周期結(jié)構(gòu)中每個格點的形狀。

自2002年開始，飛秒激光照射某些半導體后，能夠在材料表面和內(nèi)部誘導尺度遠小于激光波長的短周期納米結(jié)構(gòu)。激光偏振狀態(tài)決定了納米結(jié)構(gòu)形狀，一般來說，線偏振光誘導納米條紋結(jié)構(gòu)，且條紋方向與激光偏振方向垂直；圓偏振光誘導納米顆粒結(jié)構(gòu)。

然而，現(xiàn)有激光干涉技術(shù)制備的結(jié)構(gòu)周期往往大于激光波長，處于微米量級，不易制備納米量級的周期性結(jié)構(gòu)。同時，周期性排列的格點位置僅由激光干涉的強度分布花樣所決定。若要得到不同周期排列的格點結(jié)構(gòu)，需要重新建立激光干涉系統(tǒng)以改變光束數(shù)量和空間位置。因此，現(xiàn)有的激光干涉技術(shù)得到的周期結(jié)構(gòu)花樣單調(diào)，缺乏靈活性。

另外，由飛秒激光干涉技術(shù)制備的微米-納米復合周期結(jié)構(gòu)中，每個格點上的納米花樣具有一定的對稱性，這是由激光干涉的偏振花樣所決定的。這種對稱性周期結(jié)構(gòu)限制了其使用方向，潛在的應(yīng)用范圍具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的系統(tǒng)及方法，能夠?qū)す獾钠窠M合進行靈活設(shè)計，方便快捷地制備非對稱微納復合周期花樣，以彌補傳統(tǒng)激光干涉技術(shù)中花樣單調(diào)，缺乏靈活性的不足的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的系統(tǒng)，包括：

產(chǎn)生飛秒激光脈沖的光源；

依次設(shè)置于所述光源的光路上的電子快門、第一半波片、第一格蘭棱鏡和第一分束片；

依次設(shè)置于所述第一分束片的反射光束的光路上的第一延時光路裝置、第一全反光鏡、第二全反光鏡、第一匯聚透鏡和第二半波片；

設(shè)置于所述第一分束片的透射光束的光路上的第二分束片；

依次設(shè)置于所述第二分束片的反射光束的光路上的第二延時光路裝置、爬高鏡、第二匯聚透鏡和第一四分之一波片；

依次設(shè)置于所述第二分束片的透射光束的光路上的第三全反光鏡、第四全反光鏡、第五全反光鏡、第三匯聚透鏡和第三半波片。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種采用上述飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的系統(tǒng)的飛秒激光束制備非對稱微納復合周期花樣的方法，包括：

調(diào)節(jié)電子快門的開合時間以控制飛秒激光脈沖的照射脈沖數(shù)；

調(diào)節(jié)第二全反光鏡和第五全反光鏡，使經(jīng)過所述第二半波片后的光束、經(jīng)過所述第一四分之一波片后的光束和經(jīng)過所述第三半波片后的光束在樣品位置重合于一點，且三個光束中的任意兩束光之間的第一夾角相同，三個光束的空間位置的連線構(gòu)成正三角形；

旋轉(zhuǎn)第一四分之一波片使經(jīng)過所述第一四分之一波片后的光束為圓偏振光，旋轉(zhuǎn)第二半波片和第三半波片，以使經(jīng)過所述第二半波片后的光束和經(jīng)過所述第三半波片后的光束為線偏振光，且經(jīng)過所述第二半波片后的光束的偏振方向和經(jīng)過所述第三半波片后的光束的偏振方向分別與x軸具有相同的第二夾角，其中，所述x軸為經(jīng)過所述第二半波片后的光束和經(jīng)過所述第三半波片后的光束的空間位置的連線；

在所述樣品位置放置BBO晶體，旋轉(zhuǎn)第一半波片使飛秒激光脈沖的能量減小至所述BBO晶體的破壞閾值以下，調(diào)節(jié)第一延時光路裝置和第二延時光路裝置使經(jīng)過所述第二半波片后的光束、經(jīng)過所述第一四分之一波片后的光束和經(jīng)過所述第三半波片后的光束同時到達所述樣品位置；

將所述樣品位置的BBO晶體更換為半導體材料，通過，調(diào)節(jié)第一格蘭棱鏡以確定主光路的光束偏振方向，旋轉(zhuǎn)第一半波片以調(diào)節(jié)主光路的脈沖能量，并旋轉(zhuǎn)第二半波片和第三半波片，以調(diào)節(jié)經(jīng)過所述第二半波片后的光束的偏振方向和經(jīng)過所述第三半波片后的光束的偏振方向分別與x軸的相同的第二夾角的大小，以在所述半導體材料上制備各種非對稱微納復合周期花樣。