[發明專利]一種超快激光加工和調制可重構多階圖案化存儲的方法

在審

• 申請號: 202210448139.7
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114682905A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 姜瀾;張曉斌;韓偉娜
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;G02B5/18;G02B27/28
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

本發明涉及一種超快激光加工和調制可重構多階圖案化存儲的方法，屬于超快激光技術領域。該方法通過不同參數的飛秒激光對相變材料表面直寫，實現多維圖案的信息存儲；通過二次直寫調制部分圖片信息亮度，實現多階亮度的圖案信息存儲；通過單脈沖輻照重構已加工區域，實現可重寫的圖案信息存儲。本發明對欲加工圖案采取嵌套加工及二次調制的方法，增加了平面區域內信息存儲量，同時發揮激光加工的靈活性，具有極高自由度與高加工效率。另外由于GST材料可逆相變的性能，使其結晶度能夠通過激光參數人為可控，由此可以對加工圖案可進行選擇性重構，拓寬了其應用范圍，本發明在多維圖像存儲以及光學防偽等方面有極其重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種超快激光加工和調制可重構多階圖案化存儲的方法，特別涉及一種利用超快激光在Ge₂Sb₂Te₅(GST)相變材料上進行無損直寫加工和調制可重構多階光學圖案信息存儲的方法，屬于超快激光技術領域。

背景技術

人類的生產生活離不開信息存儲，視覺作為信息存儲的重要感知，圖案存儲有其長盛不衰的生命力，隨著對存儲容量的需求增大，人們對于圖案存儲密度提出了更高的要求。微納結構色由于其具有分辨率高、存儲密度大等獨特優點而在圖案存儲方面應用廣泛。通過結構色的形式實現顏色展示需要對微納結構有加工和調控的能力。傳統的微納結構制造方法，包括電子束、離子束、化學刻蝕和納米壓印等，通常需要先加工掩模等實現特定結構，再通過掩模制備表面微納結構；LIPSS(激光誘導表面周期結構)是激光作用在材料上的普遍現象，激光在特定的能量范圍內直寫加工時可誘導材料表面生成周期性的微納結構，其中一維光柵結構被普遍用于結構色，相較于傳統方法，LIPSS由于其自組裝一步成形的優勢，在加工上有突出的優點。

一維光柵結構可以使多波長成分的入射光發生色散現象，且入射光方向一定時，不同取向的光柵可實現多級顏色顯示。由超快激光誘導生成的一維納米線周期排列構成的光柵結構，其取向受激光偏振控制，寬度受激光能量影響，具有易于大面積加工、各向異性響應等優勢，已成為結構色圖案存儲領域的研究熱點。

目前激光誘導材料表面光柵結構用于結構色一般有兩種方法，一種是在半導體或金屬材料表面誘導燒蝕光柵，另一種方法是誘導材料產生改性平面光柵，再利用化學刻蝕的方法形成高低分布的光柵結構。如在文獻“Dynamic Structural Color Display Basedon Femtosecond Laser Variable Polarization Processing”中，Peichao Wu等人通過飛秒激光在硅上的燒蝕工藝，形成了具有周期性的納米光柵，利用光柵偏振相關的顏色效應，改變偏振實現了在硅材料表面的圖案化加工。然而這種燒蝕光柵結構均勻一致性較差，燒蝕光柵形成的過程中有材料的噴濺，大大影響未加工區域，由于激光能量大、脈沖數多，會放大材料表面缺陷的影響；利用化學刻蝕方法制備的光柵雖然一致性好，但由于其引起了材料的去除，這種變化是不可逆的，所以加工的圖案是永久性不可改變的，目前的方法缺乏加工靈活性且對材料的空間利用率低，難以實現多階高密度的信息存儲。另外，現有方法在光柵寬度一定的情況下，存儲密度受限，基于此，有必要開發一種高空間利用率、多階存儲的可調制的圖案化加工方法。

發明內容