[發(fā)明專利]一種周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)表面大面積制備方法及加工系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103706947A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡衍雷;黃文浩;李家文;褚家如
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B23K26/067
• 分類號: B23K26/067
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)表面大面積制備方法及加工系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

激光加工技術(shù)是一種重要的微納米加工方式。它通過光與材料的相互作用，可以使材料表面產(chǎn)生可控的微納米結(jié)構(gòu)。激光加工技術(shù)具有高效、簡易、綠色無污染的優(yōu)點。激光加工方法主要可分為直寫加工和干涉加工兩種。激光直寫加工技術(shù)可以制備出任意形貌的精細(xì)結(jié)構(gòu)，但是加工過程耗時長，效率低，難于用于批量化制造。激光干涉加工方法通過激光光束的時空疊加產(chǎn)生干涉場作用于材料，可以大大提高加工效率，并且具有無需掩膜、系統(tǒng)簡易、加工面積大、成本低的特點，目前已經(jīng)成為一種廣泛的微納米加工手段。?

在激光干涉加工過程中通過調(diào)整相干光束的數(shù)目、空間角以及能量分布、偏振態(tài)分布等參數(shù)，可以實現(xiàn)相對多樣化的周期結(jié)構(gòu)加工。通過多次曝光的方式同樣可以在光刻負(fù)膠中獲得三維納米粗糙度的光子晶體結(jié)構(gòu)。另外超快激光高達(dá)TW/cm²量級的瞬時功率密度使在金屬、半導(dǎo)體及聚合物等多樣化的材料中干涉加工出表面周期性結(jié)構(gòu)成為可能。?

然而，激光干涉加工方法的局限性在于僅能產(chǎn)生固定周期和光強(qiáng)分布的干涉場，產(chǎn)生的微納米結(jié)構(gòu)形貌單一，可調(diào)諧性差，難以滿足特定設(shè)計的多功能表面的加工需求。在現(xiàn)實應(yīng)用中，很多情形下需要大面積的非周期（或漸變周期）亞微米級精細(xì)結(jié)構(gòu)，這對傳統(tǒng)干涉加工技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。?

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)激光干涉加工技術(shù)遇到的瓶頸，本發(fā)明提出一種新的波前調(diào)控激光干涉加工方法，在原有多光束激光干涉加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過引入波前調(diào)制器件精確調(diào)控空間光束的波前相位和振幅，從而產(chǎn)生預(yù)先設(shè)計的目標(biāo)干涉光場強(qiáng)度分布，最終實現(xiàn)可調(diào)諧周期和形貌的大面積微納米結(jié)構(gòu)表面加工。本發(fā)明為非周期表面的大面積批量化制備提供了有效的途徑。?

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)表面大面積制備方法，其?特征在于，在普通多光束干涉加工系統(tǒng)中引入波前調(diào)制器件，對部分或全部空間光束波前的進(jìn)行調(diào)控，可以實現(xiàn)目標(biāo)光場強(qiáng)度周期和形貌的控制，將調(diào)制后的目標(biāo)光場作用于光敏材料表面，即可形成對應(yīng)的周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)。?

其中，所述的波前調(diào)制器件可以為振幅型器件，也可以為相位型或振幅-相位復(fù)合型器件。?

其中，可以將控制各光束的偏振方向分布和振幅-相位調(diào)制類型相結(jié)合，從而產(chǎn)生多樣化的目標(biāo)干涉光場。?

本發(fā)明另外提供一種周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)表面大面積加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器光源、能量衰減器、擴(kuò)束器、第一分束器、第二分束器、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第四半波片、第一起偏器、第二起偏器、第三起偏器、第四起偏器、波前調(diào)制器件、精密移動平臺和CCD相機(jī)；其中半波片和起偏器用于控制各光束的能量和偏振態(tài)；波前調(diào)制器件用于調(diào)控空間光束的波前；精密移動平臺用于定位和移動樣品；CCD相機(jī)用于監(jiān)控加工過程和檢測加工結(jié)果；激光器光源發(fā)出的激光光束經(jīng)由能量衰減器將其能量調(diào)節(jié)至適當(dāng)值，其中能量衰減器包含第一半波片和第一起偏器；然后光束經(jīng)過擴(kuò)束器擴(kuò)束和準(zhǔn)直，被第一分束器分為兩束；其中一束經(jīng)過第一反射鏡反射后又可被第二分束器分為兩束，；每束光的能量和偏振態(tài)均由相關(guān)半波片和起偏器控制，包括第二半波片和第二起偏器、第三半波片和第三起偏器、第四半波片和第四起偏器；其中第二束光波前由波前調(diào)制器件調(diào)控，最終各束光交會形成特定的光場分布，作用于樣品表面。?

其中，所述的波前調(diào)制器件可以為數(shù)字微鏡陣列、硅基液晶空間光調(diào)制器或變形鏡類型的波前調(diào)制器件。?

本發(fā)明另外提供一種周期形貌可調(diào)諧的微納米結(jié)構(gòu)表面大面積加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器光源、能量衰減器、擴(kuò)束器、分束器、半波片、起偏器、波前調(diào)制器件、CCD相機(jī)，精密移動平臺及計算機(jī)；其中半波片和起偏器用于控制各光束的能量和偏振態(tài)；波前調(diào)制器件用于調(diào)控空間光束的波前；精密移動平臺用于定位和移動樣品；CCD相機(jī)用于監(jiān)控加工過程和檢測加工結(jié)果；激光器光源發(fā)出的激光光束經(jīng)由能量衰減器將其能量調(diào)節(jié)至適當(dāng)值，其中能量衰減器包含半波片I和起偏器I；然后光束經(jīng)過擴(kuò)束器擴(kuò)束和準(zhǔn)直，被分束器分為兩束；其中一束經(jīng)過波前調(diào)制器件調(diào)制波前并反射；兩束光的能量和偏振態(tài)均由相關(guān)半波片和起偏器控制，包括半波片II和起偏器II、半波片III和起偏器III；最終各束光交會形成特定的光場分布，作用于樣品表面。?

其中，所述的波前調(diào)制器件可以為數(shù)字微鏡陣列、硅基液晶空間光調(diào)制器或變形鏡類型的波前調(diào)制器件。?

本發(fā)明的有益效果在于：?