[發明專利]一種飛秒激光雙光束干涉制備周期納米結構的裝置和方法

在審

• 申請號: 201910323352.3
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109926712A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 賈鑫;賈天卿
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/0622;B23K26/70
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 俞磊

本發明公開了一種飛秒激光雙光束干涉制備周期納米結構的裝置和方法，其中，裝置包括光源、電子快門、半波片、格蘭棱鏡、分束片、反射鏡、延時光路系統、四分之一波片、會聚透鏡和樣品；分束片將光源產生的飛秒激光脈沖分成透射光束和反射光束，樣品設置在透射光束和反射光束的末端，透射光束和反射光束在樣品上共焦。本發明通過調節延時光路系統,使得透射光束和反射光束同時到達樣品，并在樣品上制備周期納米結構。

技術領域

本發明涉及飛秒激光微納加工領域，是一種方便快捷地制備周期性納米結構的裝置和方法，主要適用于激光納米加工、材料改性等方面。

背景技術

材料表面周期納米結構的制備在材料改性、光子晶體、光存儲等方面都具有重要的作用。激光干涉技術由于工藝簡單并且成本低廉而得到了廣泛的應用。激光雙光束干涉產生明暗相間的條紋，通過曝光、顯影等一系列工藝，將干涉產生的光強花樣刻印在光敏材料上，從而制備規則的周期結構。利用雙光束干涉可以制備一維光柵結構，或通過多次曝光制備二維、三維周期結構。

飛秒激光脈沖具有超短、超強的特點，在與物質相互作用的過程中產生許多奇異的現象。飛秒激光照射金屬、半導體和電介質等材料后，能夠誘導周期納米結構，納米結構尺寸遠小于激光波長。這突破了激光加工的衍射極限，在激光納米加工、可見光波段光子晶體制備及超高密度光存儲等方面具有應用潛力。同時，激光偏振狀態決定了納米結構形狀，線偏振光誘導垂直于偏振方向的納米條紋，圓偏振光誘導納米顆粒。

現有激光雙光束干涉技術制備的周期結構花樣僅決定于激光干涉的光強分布，同偏振雙光束干涉場的光強呈明暗相間的光柵狀周期性分布，常用于制備一維光柵結構，理論周期最小為λ/2，較難應用于納米結構的制備。由干涉理論可知，正交偏振的雙光束不相干，在干涉場中光強均勻分布，從而不能應用于周期性結構的制備。

發明內容

本發明為了彌補傳統激光雙光束干涉技術中花樣單調，缺乏靈活性的不足，提供一種飛秒激光雙光束干涉制備周期納米結構的方法。使干涉場中的光強分布和偏振分布共同決定周期納米結構的形成，方便快捷地制備出不同類型的周期納米結構。這一方法提高了原有雙光束干涉技術的多樣性，為激光納米加工、材料改性等提供了新的手段。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種飛秒激光雙光束干涉制備周期納米結構的裝置，包括

光源，其用于產生飛秒激光脈沖；

電子快門、第一半波片和格蘭棱鏡，其依次設置在光源的光路上，第一半波片用于調節飛秒激光脈沖的能量，格蘭棱鏡用于調節飛秒激光脈沖的偏振方向；

分束片，其設置在格蘭棱鏡的末端，用于將飛秒激光脈沖分成透射光束和反射光束；

在透射光束的光路上設有第一反射鏡，第一反射鏡用于將透射光束反射至延時光路系統，在延時光路系統的末端設有第二反射鏡，在第二反射鏡的反射光路上依次設置有第二半波片、第一四分之一波片和第一匯聚透鏡；

在反射光束的光路上設有第三反射鏡，在第三反射鏡的反射光路上設有第四反射鏡，在第四反射鏡的反射光路上設有第五反射鏡，在第五反射鏡的反射光路上依次設有第三半波片、第二四分之一波片和第一匯聚透鏡；

樣品設置在透射光束和反射光束的末端，透射光束和反射光束在樣品上共焦。

進一步的，所述透射光束和反射光束的能量之比為1:1。

進一步的，所述延時光路系統包括若干反射鏡，透射光束由經由所有反射鏡后達到第二反射鏡。

一種飛秒激光雙光束干涉制備周期納米結構的工藝，包括如下步驟：

調節格蘭棱鏡，確定飛秒激光脈沖的偏振方向；旋轉第一半波片，使得飛秒激光脈沖的能量衰減至樣品的破壞閾值以下；