[發(fā)明專(zhuān)利]利用飛秒激光在鈦表面加工納米凸起結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110258964.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113102892B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜瀾;閆劍鋒;喬明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/352
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/352;B23K26/064;B23K26/06;B23K26/70
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種利用飛秒激光在鈦表面加工納米凸起結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)搭建一個(gè)利用飛秒激光在鈦表面加工納米凸起結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括高重頻飛秒激光器、電控快門(mén)、電控半波片、電控中性密度衰減片、超快激光反射鏡和高倍物鏡、鈦片、二維平移臺(tái)、六自由度平移臺(tái)、半透半反鏡、照明光源、成像透鏡、相機(jī)及計(jì)算機(jī)；所述的照明光源發(fā)出的白光依次通過(guò)半透半反鏡、超快激光反射鏡和高倍物鏡后照射到待加工的鈦片表面，構(gòu)成照明系統(tǒng)；所述的鈦片表面反射的照明光依次通過(guò)高倍物鏡、超快激光反射鏡、半透半反鏡和成像透鏡后照射到相機(jī)上，最終通過(guò)數(shù)據(jù)線成像到計(jì)算機(jī)的顯示器上，構(gòu)成成像系統(tǒng)；所述的高重頻飛秒激光器出射的飛秒激光脈沖序列依次經(jīng)過(guò)電控快門(mén)、電控半波片、電控中性密度衰減片、超快激光反射鏡和高倍物鏡后聚焦到鈦片表面，構(gòu)成加工光路；所述的加工光路、照明系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)超快激光反射鏡后重合，成像系統(tǒng)與照明系統(tǒng)在鈦片與半透半反鏡之間重合；所述的計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與電控快門(mén)、電控半波片、電控中性密度衰減片、二維平移臺(tái)、六自由度平移臺(tái)和相機(jī)連接；

(2)樣品的安裝：

(2-1)將表面拋光的鈦片安裝到二維平移臺(tái)上，再將裝有鈦片的二維平移臺(tái)固定到六自由度平移臺(tái)上；

(2-2)打開(kāi)照明光源，使得照明光源發(fā)出的照明光通過(guò)由半透半反鏡、超快激光反射鏡和高倍物鏡組成的照明系統(tǒng)照射到待加工的鈦片表面，通過(guò)調(diào)節(jié)六自由度平移臺(tái)的高度使得鈦片表面反射的照明光依次通過(guò)高倍物鏡、超快激光反射鏡、半透半反鏡和成像透鏡后照射到相機(jī)上，最終通過(guò)數(shù)據(jù)線成像到計(jì)算機(jī)的顯示器上且圖像清晰，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦；

(2-3)在待加工的樣品邊緣選取四個(gè)特征點(diǎn)，調(diào)節(jié)六自由度平移臺(tái)繞水平方向兩條軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得通過(guò)二維平移臺(tái)將四個(gè)特征點(diǎn)移動(dòng)到成像區(qū)域中心時(shí)均能在顯示器得到清晰的圖像，實(shí)現(xiàn)樣品的調(diào)平；

(3)二氧化鈦納米錐的加工：高重頻飛秒激光器出射的飛秒激光脈沖序列依次經(jīng)過(guò)電控快門(mén)、電控半波片、電控中性密度衰減片、超快激光反射鏡和高倍物鏡后聚焦到待加工鈦片表面；所述的高重頻飛秒激光的波長(zhǎng)為800nm、重復(fù)頻率為80MHz、脈沖寬度為50fs，且激光為線偏振光；通過(guò)調(diào)節(jié)電控中性密度衰減片，使得激光能量通量為6.6×10¹²～9.9×10¹²W/cm²，通過(guò)電控快門(mén)控制曝光時(shí)間為0.5～0.8s，在鈦片表面獲得二氧化鈦納米錐；

(4)二氧化鈦納米線的加工：在步驟(3)完成二氧化鈦納米錐的加工后，控制二維平移臺(tái)帶動(dòng)鈦片沿著飛秒激光脈沖序列的偏振方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置為1μm/s～100μm/s，在鈦片表面獲得二氧化鈦納米線；

或：在步驟(3)完成二氧化鈦納米錐的加工后，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制電控半波片的轉(zhuǎn)角，以控制激光偏振方向，同時(shí)控制二維平移臺(tái)帶動(dòng)鈦片按照設(shè)定好的軌跡運(yùn)動(dòng)，速度為1μm/s～100μm/s；上述過(guò)程中，使得飛秒激光脈沖序列的偏振方向與鈦片移動(dòng)方向始終平行，從而獲得圖案化的二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)，所述圖案化的二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)為凸起結(jié)構(gòu)。