[發明專利]皮秒激光誘導光學玻璃表面周期性結構的方法

在審

• 申請號: 202010092891.3
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111168233A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 于彩蕓;韓冰;馬丁·伊爾哈特;高語璠;朱日宏
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K26/0622
• 分類號: B23K26/0622;B23K26/064;B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種皮秒激光誘導光學玻璃表面周期性結構的方法，具體為：皮秒激光束通過擴束聚焦裝置聚焦在光學玻璃表面，作用1?20個脈沖后，在表面形成LIPSS，所述激光單脈沖能量密度的范圍為燒蝕閾值的0.4?0.9倍。本發明能夠改變玻璃的光學特性，減小表面反射率提高透過率。

技術領域

本發明屬于光學玻璃表面周期性結構制備技術，具體為一種皮秒激光誘導光學玻璃表面周期性結構的方法。

背景技術

激光誘導周期性表面結構(LIPSS)是用于制造表面微納米結構的快速、精確、低成本的方法。從應用角度看，LIPSS在表面工程和表面處理中有潛在的應用，在光學、生物、電子、醫療、材料學領域具有廣泛應用前景。傳統的表面微納米結構化需要先進的表面加工技術的支持。在材料表面形成微納米結構可以有兩種基本方法：一種是基于去除的方法，在材料表面去除掉一定的結構，留下目標結構，代表性技術在納米技術中稱為top-down方式；另一種是基于生長的方法，可以是外來結構在表面上形成的新結構，也可以是材料表面結構自身的生長、變化或者化學反應在表面上形成了新結構，代表性的工藝在納米技術稱為bottom-up方式。傳統工業中有幾種常規表面處理技術，例如機械表面處理、噴砂處理、酸腐蝕表面等，但這些常規技術可能污染材料表面。大部分常規表面處理技術不能在非平面表面制作微納米結構。隨著技術的發展，離子束和電子束加工可以精確地制造表面納米結構，但其需要昂貴的真空設備和高成本。LIPSS是一種具有一定缺陷但是高度周期性的柵狀結構，可由多種激光輻照材料表面產生。并且，適用材料范圍很廣，可以在多種固體，包括金屬、半導體、電介質和聚合物表面產生，可以在空氣環境中產生，避免使用昂貴的真空設備，應用范圍非常廣泛。在入射激光的能量密度接近或略小于材料的燒蝕閾值時可以形成周期接近波長的條紋結構，形成的條紋特征與激光波長、電場方向、能量密度、脈沖個數以及材料自身的缺陷相關。針對不同的材料、結構，提出了多種LIPSS的形成機制，包括粗糙表面散射波與入射光干涉的Sipe模型，二次諧波模型，激光與等離子體相互作用，等離子激元與激光干涉，毛細波效應等，但目前尚無公認的準確模型來描述LIPSS的產生機理。

目前針對光學玻璃材料LIPSS研究主要使用飛秒激光，由于在可見光范圍內，光學玻璃對ps激光不吸收，相關研究較少。“Nazar F,Daniel N,O'Connor G M.Thin filmenabling sub-250nm nano-ripples on glass by low fluence IR picosecond laserirradiation[J].OpticsLaser Technology,2018,108:26-31.”在硼硅酸鹽玻璃表面涂覆ITO薄膜，使用波長1032nm，脈沖寬度10ps的激光去除ITO膜后在玻璃表面產生了周期為280nm的周期性納米結構。然而涂覆ITO膜操作復雜，且在材料表面有殘留。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種皮秒激光誘導光學玻璃表面周期性結構的方法，解決現有技術難以在空氣環境下直接在光學玻璃表面形成均勻LIPSS的問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種皮秒激光誘導光學玻璃表面周期性結構的方法，具體為：

皮秒激光束通過擴束聚焦裝置聚焦在光學玻璃表面，作用1-20個脈沖后，在表面形成LIPSS，所述激光單脈沖能量密度的范圍為燒蝕閾值的0.4-0.9倍。

優選地，所述光學玻璃材料厚度在10μm以上。

優選地，所述光學玻璃為K9玻璃或熔融石英。

優選地，激光為線偏振光，脈寬為8ps。

優選地，玻璃表面的激光焦斑直徑在30μm到100μm之間。

優選地，激光波長為1000nm-1100nm、520nm-700nm、200nm-490nm。

優選地，激光波長為532nm。