[发明专利]利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法

权利要求书

1.一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)搭建一个利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统，该系统包括高重频飞秒激光器、电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜、钛片、二维平移台、六自由度平移台、半透半反镜、照明光源、成像透镜、相机及计算机；所述的照明光源发出的白光依次通过半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜后照射到待加工的钛片表面，构成照明系统；所述的钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上，构成成像系统；所述的高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到钛片表面，构成加工光路；所述的加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜后重合，成像系统与照明系统在钛片与半透半反镜之间重合；所述的计算机通过数据线分别与电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、二维平移台、六自由度平移台和相机连接；

(2)样品的安装：

(2-1)将表面抛光的钛片安装到二维平移台上，再将装有钛片的二维平移台固定到六自由度平移台上；

(2-2)打开照明光源，使得照明光源发出的照明光通过由半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜组成的照明系统照射到待加工的钛片表面，通过调节六自由度平移台的高度使得钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上且图像清晰，实现对焦；

(2-3)在待加工的样品边缘选取四个特征点，调节六自由度平移台绕水平方向两条轴线的转动，使得通过二维平移台将四个特征点移动到成像区域中心时均能在显示器得到清晰的图像，实现样品的调平；

(3)二氧化钛纳米锥的加工：高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到待加工钛片表面；所述的高重频飞秒激光的波长为800nm、重复频率为80MHz、脉冲宽度为50fs，且激光为线偏振光；通过调节电控中性密度衰减片，使得激光能量通量为6.6×10¹²～9.9×10¹²W/cm²，通过电控快门控制曝光时间为0.5～0.8s，在钛片表面获得二氧化钛纳米锥；

(4)二氧化钛纳米线的加工：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，控制二维平移台带动钛片沿着飞秒激光脉冲序列的偏振方向运动，运动速度设置为1μm/s～100μm/s，在钛片表面获得二氧化钛纳米线；

或：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，通过计算机实时控制电控半波片的转角，以控制激光偏振方向，同时控制二维平移台带动钛片按照设定好的轨迹运动，速度为1μm/s～100μm/s；上述过程中，使得飞秒激光脉冲序列的偏振方向与钛片移动方向始终平行，从而获得图案化的二氧化钛纳米结构，所述图案化的二氧化钛纳米结构为凸起结构。