[发明专利]一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法

说明书

本发明公开了一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法，技术方案包括以下步骤：第一步，金属靶样品材料的抛光和安装；第二步，可变延迟时间的线偏振和角向偏振双脉冲飞秒激光的获取；第三步，双脉冲飞秒激光的点聚焦；第四步，金属靶样品材料位置的调节；第五步，物镜焦点位置的确定；第六步，金属靶样品材料表面的调整；第七步，二维亚微米蝶形金属微结构的制备；本发明通过巧妙利用微纳米加工平台的分光方法形成两个同色共线传输、时间延迟可调的线偏振和角向偏振飞秒激光脉冲，采用物镜点聚焦方式，方便快速地在金属表面直写制备出条纹方向弯曲的二维亚微米蝶形金属微结构。

技术领域

本发明涉及飞秒激光在金属材料表面直写二维亚微米蝶形金属微结构的方法和加工装置，其中利用了迈克尔逊干涉系统搭建的微纳米加工平台形成空间上共线传输、时间上延迟可变的双束飞秒激光，双束飞秒激光通过物镜聚焦，进而在材料表面通过打点方式得到新型的二维亚微米蝶形金属微结构的制备。这种方法和加工装置属于超快激光应用与微纳米加工领域，未来在新型金属纳米光子器件的设计、制备等方面具有重要潜在应用。

背景技术

微纳米结构的制备在工业和科研中已经展现了较重要的应用，设计与制备新型亚微米尺寸结构的器件已经成为科研工作者关注的研究课题，改善和提高亚微米结构制备技术的效率也成为重要的挑战。传统的微纳米加工的技术有纳米压印技术、电子束刻蚀术、离子束刻蚀技术、光刻技术等【Patterned growth of vertically aligned ZnO nanowirearrays on inorganic substrates at low temperature without catalyst,J.Am.Chem.Soc.,2008,130(45):14958-14959；Fabrication of two-and three-dimensional photonic crystals of titania with submicrometer resolution bydeep x-ray lithography,Journal of vacuum science&technology B,2005,23(3):934-939；Two-photon polymerization initiators for three-dimensional optical datastorage and microfabrication,Nature,1999,31(6722):52；Formation of free-standing micropyramidal colloidal crystals grown on silicon substrate,AppliedPhysics Letters,2003,82(24):4283-4285.】。上述传统的微纳米结构的制备方法中操作程序复杂，结构调控能力差，而且对材料要求也比较苛刻。而飞秒激光直写技术在微纳米结构的制备过程中不需要繁杂工序和精密设备(例如：真空系统、掩膜板、模具和曝光)，具有超高峰值功率和超短脉宽的飞秒激光可以获得瞬间超高的聚焦功率密度，在微纳米结构的加工与制备方面相对于传统加工方面其可控性强、操作简单灵活、高效率、低成本，可以一步式在超短时间内实现将光能量传递给加工物质，从而达到无损伤、高精度、超精细冷加工的效果。这些优点引起了科研工作人员的广泛关注，此方向并已逐步发展成为当前激光、光电子和工程技术领域内的前沿研究方向。目前，研究人员利用飞秒激光在金属、半导体、聚合物和透明电介质等多种类型的材料表面成功实现了微米、亚微米甚至纳米尺度上的制备，并对微纳米结构的功能特性进行了探索。