[發明專利]一種飛秒激光弱燒蝕小夾角干涉制備高密度光柵的方法

在審

• 申請號: 202010004831.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111060999A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 曹凱強;陳龍;孫真榮;賈天卿
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;B23K26/60;B23K26/362;B23K26/067
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

1.一種飛秒激光弱燒蝕小夾角干涉制備高密度光柵的方法，其特征在于，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：搭建雙光束飛秒激光干涉系統

該系統包括：由飛秒激光光源、電子快門、第一衰減片及半波片依次光路連接的光源控制子系統發出激光束；然后激光束通過一個由分光片、第一高反鏡、延遲線、第二高反鏡、第三高反鏡、第四高反鏡、第五高反鏡、第二衰減片、第一柱透鏡及第二柱透鏡構成的雙飛秒激光束同時干涉子系統，其中，分光片分別與第一高反鏡及第三高反鏡光路連接；第一高反鏡依次與延遲線、第二高反鏡及第一柱透鏡光路連接；第三高反鏡與第四高反鏡、第五高反鏡、第二衰減片及第二柱透鏡光路連接；最后兩束相干光匯聚于樣品同一點；樣品固定在樣品臺上，由樣品臺、五軸平移臺、帶CCD的顯微鏡及顯微鏡座構成的樣品加工與監測子系統；所述樣品臺設于五軸平移臺上；帶CCD的顯微鏡設于顯微鏡座上；樣品加工過程的控制由計算機執行；

所述光源控制子系統、雙飛秒激光束同時干涉子系統、樣品加工與監測子系統及計算機設于實驗臺上；所述半波片與分光片光路連接；第一柱透鏡及第二柱透鏡的光路分別匯聚到樣品臺上；所述計算機分別與電子快門、延遲線、五軸平移臺及帶CCD的顯微鏡電連接；

步驟2：加工條件的設置

兩束激光之間的夾角為0到10°，樣品在激光下采用弱燒蝕，燒蝕坑的深度5-20nm，樣品表面無燒蝕顆粒噴出；

步驟3：制備高密度納米光柵

ⅰ）將樣品置于乙醇中進行超聲清洗，并用氮氣吹干待用；

ⅱ）打開電子快門，雙飛秒激光束匯聚到樣品表面保持固定；

ⅲ）控制五軸平移臺中的Y方向移動，樣品從起始點位置到達終點位置，飛秒激光束對樣品刻蝕，得到寬度為光束直徑的第一行長條形納米光柵；此時飛秒激光束位于第一行的終點位置，關閉電子快門；

ⅳ）緊接著，保持Y方向不動，控制五軸平移臺中的Z方向移動，Z方向上將樣品移動光束直徑的0.8-0.9倍距離打開電子快門，同時，控制五軸平移臺中的Y方向，反向移動樣品，飛秒激光束對樣品刻蝕，得到寬度為光束直徑的第二行長條形納米光柵，關閉電子快門；

ⅴ）重復步驟ⅳ），直至樣品完全刻蝕；

最后，將制備完畢的樣品依次放置在HF溶液、乙醇、去離子水中腐蝕清洗，所用時間分別為90min、30min和30min，然后用氮氣吹干樣品，即得到周期數值在707-710n，光柵深度在68-102nm的高密度納米光柵。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1所述飛秒激光光源的能量密度為0.07-0.150J/cm² ；所述五軸平移臺為具有三個平移運動副與兩個旋轉運動副的工作臺。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3所述HF溶液濃度為5mol/L；乙醇的純度為99.99％。