[发明专利]飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲微加工和全息光刻的技术领域，特别涉及一种飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的系统及方法。

背景技术

激光干涉技术是制备二维、三维周期花样的有效手段之一，由于其工艺简单并且成本低廉而得到了广泛的应用。激光干涉技术是将多束激光以一定的夹角入射到同一区域进行相干，将产生的强度分布图样刻印在光敏材料上，从而制备周期性排列的格点结构。通过改变光束数量以及光束间的排列方式能够制备不同周期的规则二维、三维格点结构花样；通过调节光束的偏振及相位能够改变周期结构中每个格点的形状。

自2002年开始，飞秒激光照射某些半导体后，能够在材料表面和内部诱导尺度远小于激光波长的短周期纳米结构。激光偏振状态决定了纳米结构形状，一般来说，线偏振光诱导纳米条纹结构，且条纹方向与激光偏振方向垂直；圆偏振光诱导纳米颗粒结构。

然而，现有激光干涉技术制备的结构周期往往大于激光波长，处于微米量级，不易制备纳米量级的周期性结构。同时，周期性排列的格点位置仅由激光干涉的强度分布花样所决定。若要得到不同周期排列的格点结构，需要重新建立激光干涉系统以改变光束数量和空间位置。因此，现有的激光干涉技术得到的周期结构花样单调，缺乏灵活性。

另外，由飞秒激光干涉技术制备的微米-纳米复合周期结构中，每个格点上的纳米花样具有一定的对称性，这是由激光干涉的偏振花样所决定的。这种对称性周期结构限制了其使用方向，潜在的应用范围具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的系统及方法，能够对激光的偏振组合进行灵活设计，方便快捷地制备非对称微纳复合周期花样，以弥补传统激光干涉技术中花样单调，缺乏灵活性的不足的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的系统，包括：

产生飞秒激光脉冲的光源；

依次设置于所述光源的光路上的电子快门、第一半波片、第一格兰棱镜和第一分束片；

依次设置于所述第一分束片的反射光束的光路上的第一延时光路装置、第一全反光镜、第二全反光镜、第一汇聚透镜和第二半波片；

设置于所述第一分束片的透射光束的光路上的第二分束片；

依次设置于所述第二分束片的反射光束的光路上的第二延时光路装置、爬高镜、第二汇聚透镜和第一四分之一波片；

依次设置于所述第二分束片的透射光束的光路上的第三全反光镜、第四全反光镜、第五全反光镜、第三汇聚透镜和第三半波片。

根据本发明的另一面，提供一种采用上述飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的系统的飞秒激光束制备非对称微纳复合周期花样的方法，包括：

调节电子快门的开合时间以控制飞秒激光脉冲的照射脉冲数；

调节第二全反光镜和第五全反光镜，使经过所述第二半波片后的光束、经过所述第一四分之一波片后的光束和经过所述第三半波片后的光束在样品位置重合于一点，且三个光束中的任意两束光之间的第一夹角相同，三个光束的空间位置的连线构成正三角形；

旋转第一四分之一波片使经过所述第一四分之一波片后的光束为圆偏振光，旋转第二半波片和第三半波片，以使经过所述第二半波片后的光束和经过所述第三半波片后的光束为线偏振光，且经过所述第二半波片后的光束的偏振方向和经过所述第三半波片后的光束的偏振方向分别与x轴具有相同的第二夹角，其中，所述x轴为经过所述第二半波片后的光束和经过所述第三半波片后的光束的空间位置的连线；

在所述样品位置放置BBO晶体，旋转第一半波片使飞秒激光脉冲的能量减小至所述BBO晶体的破坏阈值以下，调节第一延时光路装置和第二延时光路装置使经过所述第二半波片后的光束、经过所述第一四分之一波片后的光束和经过所述第三半波片后的光束同时到达所述样品位置；

将所述样品位置的BBO晶体更换为半导体材料，通过，调节第一格兰棱镜以确定主光路的光束偏振方向，旋转第一半波片以调节主光路的脉冲能量，并旋转第二半波片和第三半波片，以调节经过所述第二半波片后的光束的偏振方向和经过所述第三半波片后的光束的偏振方向分别与x轴的相同的第二夹角的大小，以在所述半导体材料上制备各种非对称微纳复合周期花样。