[发明专利]由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统

说明书

本发明提出了一种由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，属于飞秒激光应用领域。本方法利用空间光调制器对飞秒激光高斯光束的相位进行调制，调制后的激光经过透镜聚焦，在透镜的焦点处得到特定的光场强度分布，再经过光学4f系统聚焦在氧化石墨烯表面。通过调整加载在空间光调制器上的相位图，可以实现定点辐照就在氧化石墨烯表面得到一定形状的加工图案，被加工的区域发生还原反应产生类石墨烯结构。本发明具有加工效率高、可重复性高、适应范围广的优点，为制备氧化石墨烯‑石墨烯复合结构提供了一种可行的方法。

技术领域

本发明涉及一种由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

石墨烯自被发现以后，因为其在机械、电学、化学等方面的优异性能而受到广泛关注，目前合成石墨烯的方法有很多种，而利用激光还原氧化石墨烯获得石墨烯是一种稳定、高效的方法，同时，因为氧化石墨烯容易合成，也使得此种方法在经济上更加可行。氧化石墨烯的性质与石墨烯不同，例如，氧化石墨烯并不具有导电性，利用激光在氧化石墨烯表面局部还原产生石墨烯，能制备出氧化石墨烯和石墨烯的复合结构，这种复合结构可以用于构造石墨烯微纳器件。

利用激光还原氧化石墨烯可以使用不同类型的激光，目前已经报道的有连续激光、皮秒激光、飞秒激光等，飞秒激光因为脉冲超短，热影响区小，更加适合加工这种材料。因为飞秒激光高斯光束经过聚焦后焦点面积很小，如要在氧化石墨烯上加工出一定的图案，就需要进行逐点扫描，扫描时需要合理调整光束和氧化石墨烯的相对运动速度从而控制每个区域被激光作用的时间，当需要大量重复加工相同图案时，这种方法便不太适合。

空间光束整形技术是飞秒激光应用领域广泛使用的技术手段之一，空间光调制器是常用的空间光束整形工具，通过在空间光调制器上加载不同的相位图，使激光束在其表面反射之后，不同位置的光具有不同的相位，这一带有特殊相位分布的光场经过聚焦之后，将在焦点处产生具有特定形状的光强分布，使用此光场辐照材料即可直接加工出相应形状的图案，而不需要进行扫描。

已有技术中“一种利用氧化石墨烯制备导电微纳结构的光加工方法”(中国专利，申请号200910217941.X)，其用飞秒激光聚焦在氧化石墨烯表面后实现还原，调整激光的功率可以控制氧化石墨烯的还原程度。但该方法是通过逐点扫描加工出螺旋形、直线形等图案，加工效率较低，且重复性差，不适合大规模重复加工相同图案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，通过空间光调制器将高斯光束在焦点处的光场分布调制为不同的形状，在氧化石墨烯表面进行定点辐照，产生特定形状的图案。

本发明提出的由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，包括飞秒激光器、衰减片、光阑、电控快门、反射镜、空间光调制器、第一凸透镜、第二凸透镜、二向色镜、聚焦物镜、平移台、第三凸透镜、电荷耦合元件和计算机；所述的飞秒激光器、衰减片、光阑和电控快门共光轴设置，飞秒激光器产生的飞秒激光经过衰减片调节激光功率，又经过光阑调节飞秒激光光斑直径后，经电控快门和反射镜入射到空间光调制器表面，照在调制器表面不同位置的飞秒激光被加载不同的相位后反射，反射出的飞秒激光依次经过第一凸透镜和第二凸透后依次射入二向色镜和聚焦物镜，传播并聚焦到氧化石墨烯样品的表面，实现对氧化石墨烯表面图案的加工；氧化石墨烯样品置于平移台上；二向色镜的另一侧为由第三凸透镜和电荷耦合元件组成的观测系统，实现加工时的观测；所述的飞秒激光器、电控快门、空间光调制器、平移台和电荷耦合元件通过信号线与计算机相连。

本发明提出的由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，其优点是：

1、本发明的由空间光整形的飞秒激光加工氧化石墨烯表面图案的系统，在进行图案加工中，当飞秒激光聚焦在氧化石墨烯表面时，不需要进行逐点扫描，进行定点辐照就可以在氧化石墨烯表面加工出所需图案，因此大大提高了加工效率。