材料表面亚波长结构的飞秒激光调控研究

摘要

随着全固态飞秒激光器的普及，人们对激光诱导材料表面周期性结构(LIPSS)的研究进入了新的阶段。本论文一方面对飞秒激光在金属钼表面调控产生深亚波长量级的条纹结构进行了研究，另一方面对飞秒激光偏振态对材料表面亚波长量级结构方向的调控进行了研究。具体工作内容如下：
　　 ⑴通过逐渐改变入射激光通量和扫描速度，在金属钼表面产生了不同周期的亚波长条纹结构，获得了激光通量和扫描速度（即脉冲重叠数目）对条纹周期的影响关系。并通过减小激光通量和扫描速度，首次成功在金属钼表面诱导产生了周期约为200 nm的深亚波长条纹结构，给出了形成深亚波长条纹结构的物理条件。通过改变入射激光波长，获得了与中心波长为800 nm时不同的奇特微纳米结构，实现了对表面结构形状的人工调控。
　　 ⑵通过采用半波片来改变飞秒激光的线偏振方向，在金属钼表面诱导产生了不同方向的周期性条纹结构，发现其周期和倾斜角度都随激光线偏振方向改变的实验现象:当半波片的旋转角度在θ=0°、90°、180°附近时所得到的条纹周期比其它旋转角度时形成的条纹周期小，但条纹方向始终与激光线偏振方向垂直。
　　 ⑶通过采用四分之一波片使入射的线偏振飞秒激光变为椭圆偏振态，然后分别研究它在金属钼、铜、半导体硅表面诱导产生周期性条纹结构的情况。研究发现在这三种材料上条纹结构的周期和倾斜角度随着激光椭圆偏振态具有相似的变化趋势。另外，激光作用区域的宽度也随着四分之一波片旋转角度而改变，当波片旋转角度为θ=0°、90°、180°时较宽，而当旋转角度为θ=45°和θ=135°时较窄。
　　 ⑷利用消色差四分之一波片产生的圆偏振态飞秒激光在金属钼表面诱导产生了纳米点状、竖向条纹和倾斜条纹等数种不同形式的表面结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 飞秒激光诱导材料表面产生微纳结构技术介绍

1．1．1 飞秒激光简介

1．1．2 激光诱导表面微纳结构产生的研究进展

1．1．3 LIPSS产生的物理机制

第二节 本论文的研究内容

第二章 实验平台介绍

第一节 飞秒激光系统

2．1．1 飞秒激光振荡器

2．1．2 飞秒激光放大器

第二节 精密加工平台

第三章 飞秒激光在金属钼表面产生深亚波长周期条纹结构的研究

第一节 材料表面亚波长条纹结构的研究意义

第二节 金属钼材料的特性介绍

第三节 实验方法

第四节 实验结果与分析

3．4．1 激光通量对金属钼表面条纹结构周期的影响

3．4．2 脉冲重叠数目对金属钼表面条纹结构周期的影响

3．4．3 金属钼表面形成深亚波长量级条纹结构的物理条件

3．4．4 激光波长对金属钼表面条纹结构的影响

第五节 本章小结

第四章 飞秒激光偏振态对材料表面周期条纹结构的调控

第一节 飞秒激光线偏振特性对材料表面条纹结构的影响

4．1．1 实验方法

4．1．2 实验结果

第二节 飞秒激光椭圆偏振特性对材料表面条纹结构的影响

4．2．1 金属钼表面的情况

4．2．2 金属铜表面情况

4．2．3 半导体硅表面的情况

第三节 圆偏振飞秒激光对材料表面微纳结构的调控

4．3．1 实验方法

4．3．2 实验结果

第四节 本章小结

第五章 总结与展望

第一节 总结

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历，硕士期间参与的科研项目和成果