[发明专利]双波长飞秒激光制备二维周期金属颗粒阵列结构的方法

摘要

双波长飞秒激光制备二维周期金属颗粒阵列结构的方法。本发明提出利用聚焦双色飞秒激光脉冲在金属表面制备二维周期颗粒阵列结构的方法和实现装置，其特点为金属颗粒结构在两维方向上呈周期性亚微米量级分布。通过采用非线性倍频技术实现不同特征参数的双色飞秒激光，并经共路或分路的时间延迟后由同一光学元件共线聚焦照射在样品上，形成的二维周期结构图案可通过改变倍频晶体的方位角和双色激光的功率配比等进行有效调控。本发明的优点是：利用飞秒激光不同波长和偏振特性的组合设计，方便快捷地实现亚微米量级二维周期金属颗粒阵列结构的制备。本发明提出的双色飞秒激光制备新方法在材料微纳米加工领域有着潜在的重要应用。

主权项

双波长飞秒激光制备二维周期金属颗粒阵列结构的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：第一步，金属靶样品的制作和固定将金属固体靶材料表面进行机械打磨和抛光后，用去离子水超声清洗干净得到金属靶样品，然后在空气环境中将金属靶样品固定在三维精密移动平台上，并通过计算机控制来实现对样品在空间三维（x‑y‑z）方向上的精密移动；第二步，双波长飞秒激光的获取和传输通过将激光器输出的飞秒激光脉冲垂直照射到BBO非线性晶体上，获得基频和倍频信号混合输出的双波长飞秒激光脉冲，然后将两者经过共线固定光路或者分路时间可变延迟光路的传输后，由同一聚焦元件以共线方式垂直照射在金属靶样品表面；第三步，金属靶样品表面的调整控制三维精密移动平台，使上述金属靶样品能够沿垂直和平行于激光光束的方向进行精密移动，同时调整金属靶样品表面倾斜度使金属靶样品加工表面在整个加工移动过程中始终与激光传播方向保持相互垂直；第四步，聚焦元件焦点位置的确定选择入射飞秒激光功率为10毫瓦，然后沿平行于光束传播的方向逐步移动样品，在金属靶样品表面形成系列烧蚀凹坑，并依据烧蚀凹坑尺寸的变化情况确定聚焦飞秒激光束的焦点位置；第五步，金属靶样品表面的定位调节三维精密移动平台使得金属靶样品表面从聚焦元件的焦点位置沿逆光束传播方向移动至焦点前方的300～600微米范围内；第六步，二维周期阵列结构的制备在保证双色飞秒激光脉冲均能经过聚焦元件照射到样品表面情况下，控制三维精密移动平台使得金属靶样品在垂直于光束方向的平面内进行二维移动扫描，并通过调节基频和倍频激光功率、偏振态、样品表面与焦点之间的距离，从而在金属靶样品表面制备出不同的二维周期颗粒阵列分布。