飞秒激光诱导图案独立显示研究

介绍了采用中心波长为800nm的飞秒激光在不锈钢(316L)表面诱导产生独立显示图案的研究。结果表明,当扫描速率为15mm/s,扫描行距为20μm,能量密度为1.1J/cm2时,飞秒激光能够在不锈钢表面形成均匀的周期为540nm的亚波长条纹结构。利用条纹结构的方向与激光光波偏振方向严格垂直的特性,通过改变激光偏振,可以在金属表面形成不同方向的条纹图案。在照明白光的辐照下,改变样品的方位角,形成的图案能够以彩色方式显示出来。此外,对使图案彩色显示的坐标区域与图案色彩能够覆盖的可见光谱范围进行了研究,并对其可能的应用进行分析。     

基于法布里-珀罗腔产生飞秒激光脉冲串在硅表面诱导高质量亚波长周期条纹(特邀)EI北大核心CSCD

为了制备高质量表面周期结构,利用法布里-珀罗腔对飞秒激光进行时域整形,输出子脉冲间隔在1~300 ps内灵活可调的飞秒激光脉冲串,在硅表面诱导亚波长周期条纹。实验结果显示,利用飞秒激光脉冲串诱导得到的亚波长周期条纹明显优于原始高斯光诱导的亚波长周期条纹。利用子脉冲间隔为100 ps的脉冲串诱导的亚波长条纹最佳,条纹周期为1008 nm,结构取向角为2.8°,边缘粗糙度为3.9 nm,可达到光刻工艺的标准。     

线性、径向和环向偏振飞秒激光诱导非晶合金周期性表面结构（英文）

研究在复杂偏振条件下,飞秒激光诱导非晶合金Zr_(44)Ti_(11)Cu_(10)Ni_(10)Be_(25)(at%)表面周期性结构的形成机理.实验采用波长800 nm、脉宽120 fs的超短脉冲激光,分别在线性、径向、环向偏振条件下,诱导非晶合金表面生成复杂的周期性表面结构.表面结构由周期为652~723 nm的低频条纹和周期为1 304~1 765 nm的微型条纹组成.通过有限差分时域法仿真分析,发现微型条纹由粗糙表面引起的定向调制的表面散射电磁波与入射激光干涉形成.仿真结果与实验结果一致,验证了微型条纹形成机理的有效性.     

飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构

利用波长为800 nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265 J/cm2时,钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102 J/cm2时,主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。     

超快激光对涂有量子点玻璃表面的微构造

基于金属量子点的局域等离激元效应,提出一种新的固体介质表面微结构的制备方法。利用飞秒激光辐照涂有Cu2S量子点的K9玻璃,在其表面制备出了类似光栅结构的亚波长周期性条纹。当飞秒激光的中心波长为1300 nm、脉宽为50 fs、激光功率为230 mW时,玻璃表面的亚波长周期性条纹结构尺寸为34 nm。通过模拟得到了附有Cu2S量子点玻璃表面的近场分布,模拟结果表明,出现这种周期性条纹结构是入射飞秒激光与量子点产生的等离激元场之间产生干涉引起的。该制备方法可以降低透明介质微构造的激光功率阈值,改善了透明基质表面的微纳结构加工工艺。     

线性、径向和环向偏振飞秒激光诱导非晶合金周期性表面结构

研究在复杂偏振条件下,飞秒激光诱导非晶合金Zr44Ti11 Cu10Ni10Be25(at％)表面周期性结构的形成机理.实验采用波长800 nm、脉宽120 fs的超短脉冲激光,分别在线性、径向、环向偏振条件下,诱导非晶合金表面生成复杂的周期性表面结构.表面结构由周期为652～723 nm的低频条纹和周期为1 304～1 765 nm的微型条纹组成.通过有限差分时域法仿真分析,发现微型条纹由粗糙表面引起的定向调制的表面散射电磁波与入射激光干涉形成.仿真结果与实验结果一致,验证了微型条纹形成机理的有效性.     

采用飞秒激光诱导制备彩色金属

采用脉宽为35～65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理,并在金属表面上制备了彩色镍图案;设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面,亦制备了彩色图案。介绍了实验过程,分析了实验结果,扫描电子显微镜(SEM)形貌分析显示,经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构(NC-LIPSS),在镍上形成的结构周期约为480～510 nm,在不锈钢上形成的结构周期约为480～540 nm。     

飞秒激光作用下的硅表面微结构及发光特性

 采用近红外飞秒激光辐照浸泡在硫酸溶液中的N型单晶硅片，激光波长800 nm，脉宽200 fs，重频1 kHz，平均功率为100 mW,而硫酸溶液的质量分数分别选择为0.1%和1%。辐照后硅表面呈直径为5~8 mm,高度15 mm的柱型结构。分析其荧光特性，并通过比较硅材料表面微结构与激光光源、扫描参数、硅片背景环境的关系，确定最佳辐照条件为激光扫描速度750 mm/s,扫描间距5 mm/s。最终在厚度0.5 mm、直径26 mm的硅片上获得10 mm×10 mm的方形扫描区域，荧光光谱显示激光扫描后的区域在700 nm附近有很强的荧光发射。分析结果表明飞秒激光扫描改变了样品的表面微结构尺寸，增大了吸收面积，扩展了荧光激发波长，有效提高了样品的吸收效率和荧光发光相对强度(超过扫描前发光相对强度的2倍)，荧光发射谱的变化是由量子限制效应和表面态模型共同作用的结果。     

飞秒激光辐射诱导金属表面微纳结构研究

通过1 kHz的飞秒脉冲(脉宽130 fs,中心波长800 nm)对厚度为60 μm的不锈钢65Mn表面进行飞秒微加工,通过拟合得到65Mn的消融阈值为0.5 J·cm-2。研究了飞秒激光作用下表面形成的多种微结构,其中包括纳米孔及纳米柱状物。同时讨论了激光能量和作用脉冲个数对微结构形成的影响。随着周期波纹结构的形成,发现在各种能量和脉冲个数条件下,周期结构的周期约为入射脉冲的波长。相同的激光功率下,在不同加工速度和加工次数下对不锈钢进行表面微加工,得到了规则的圆孔阵列结构。     

采用飞秒激光诱导制备彩色金属

采用脉宽为35～65fs,中心波长为800nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理,并在金属表面上制备了彩色镍图案;设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面,亦制备了彩色图案。介绍了实验过程,分析了实验结果,扫描电子显微镜（SEM）形貌分析显示,经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构（NC—LIPSS）,在镍上形成的结构周期约为480—510nm,在不锈钢上形成的结构周期约为480～540nm。     

飞秒脉冲激光辐照下硅表面光致荧光特性(英文)

采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照,研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明,在样品没有退火处理的情况下,激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603nm)和红色荧光带(680nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示,在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x2)的存在,并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明:603nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx,680nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度,通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度,可以有效地控制样品的荧光强度。     

飞秒激光制备彩色镍

 采用飞秒脉冲激光在空气条件下扫描处理镍片表面,制备了彩色镍。用扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、拉曼光谱仪等对其进行了表征。扫描电子显微镜测量显示,彩色镍表面出现了纳米激光诱导周期表面结构,结构周期为480～510 nm;紫外-可见-近红外分光光度计测量表明,彩色镍对波长为200～2 200 nm的光的反射率大大降低;拉曼谱表明样品表面形成了一定含量的氧化镍。     

飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的研究EI北大核心CSCD

飞秒激光诱导金属表面周期性自组织微纳米条纹结构,在调控热辐射源、摩擦、超亲水性、超疏水性和打标等方面具有广泛的应用前景.研究了800nm飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的形成规律和形成机理.采用Sipe干涉模型和有限时域差分法,仿真了第1个飞秒激光脉冲刻蚀后随机粗糙表面引起的激光电磁场能量表面分布和第20个脉冲后低空间频率条纹结构引起的激光电磁场能量表面分布.揭示了低空间频率条纹与高空间频率条纹的形成机理,考察了表面微观形貌的演化和条纹周期随着脉冲增多而递减的现象.     

飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的研究

飞秒激光诱导金属表面周期性自组织微纳米条纹结构,在调控热辐射源、摩擦、超亲水性、超疏水性和打标等方面具有广泛的应用前景.研究了800nm飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的形成规律和形成机理.采用Sipe干涉模型和有限时域差分法,仿真了第1个飞秒激光脉冲刻蚀后随机粗糙表面引起的激光电磁场能量表面分布和第20个脉冲后低空间频率条纹结构引起的激光电磁场能量表面分布.揭示了低空间频率条纹与高空间频率条纹的形成机理,考察了表面微观形貌的演化和条纹周期随着脉冲增多而递减的现象.     

飞秒激光形成的半导体低维结构与发光

采用飞秒激光辐照硅和硅锗样品,用扫描电子显微镜(SEM)观察样品同,发现样品上产生了某低维结构.用飞秒激光作用产生等离子体相干驻波对硅和硅锗表面的融蚀模型来解释低维结构的形成机制,发现硅的表面周期约为400 nm的光栅结构在波长719 nm处有较强的光致荧光(PL)峰.该光致荧光的发光强度较小,其机制可从激光的脉宽和重复率两个方面来分析.当激光辐照的能量明显超过硅的融蚀阈值时,光栅形状消失,另一种锥状结构开始形成.控制加工条件,可以获得用于衍射和微分束的纳米光栅.     

二维光栅制备及衍射特性研究

利用飞秒激光微加工平台,结合激光直写技术,在50 nm厚的金膜上制备出了二维光栅,研究了扫描速度和扫描间距固定时,飞秒激光能量密度的改变对二维光栅结构的影响。通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)对制备的二维光栅的形貌进行表征,并准确测量了光栅参数。利用氦氖激光分析了二维光栅的衍射效果,并与数值模拟得到的图案进行比较,分析了条纹缝宽和栅格尺寸对衍射点阵列光强分布的影响。研究表明飞秒激光直写技术可以方便快速地通过加工参数的改变制备不同尺寸分布的二维光栅。     

飞秒激光诱导硒化锌晶体表面自组织生长纳米结构

 以250 kHz高重复频率钛宝石飞秒激光聚焦到硒化锌晶体表面,利用扫描电子显微镜观测飞秒激光辐照后晶体的表面结构。发现线偏振激光辐照的区域形成了自组织周期性纳米结构,其周期为160 nm左右,并且可以通过改变激光的偏振方向调节纳米光栅结构的取向;当晶体相对于激光光束以10 mm/s速度移动,经激光扫描后,在晶体表面形成了长程类布拉格光栅。当飞秒激光光束为圆偏振光时,辐照区域形成均匀的纳米颗粒。     

多偏振飞秒激光制备彩色铁

采用四个不同偏振方向的线偏振和圆偏振态飞秒激光扫描处理金属铁表面来制备不同的彩色铁。从不同角度观察被处理区域时,线偏振扫描处理的彩色区域呈现不同的色彩,而圆偏振扫描处理的区域没有明显的颜色变化。扫描电子显微镜图片显示,线偏振激光扫描处理金属铁表面形成了nm量级的激光诱导周期表面结构,其方向始终与激光偏振方向垂直;圆偏振激光扫描处理金属铁表面形成的条纹结构不明显且有大量的纳米颗粒结构。     

融石英表面高质量亚波长光栅结构的飞秒激光加工EI北大核心CSCD

采用钛蓝宝石飞秒激光加工系统在融石英表面诱导表面周期性微纳结构,研究了激光诱导表面周期结构的形成过程以及激光能量密度、脉冲数、光斑大小和脉冲的空间间隔对融石英表面激光诱导表面周期结构的形貌的影响。实验结果表明,飞秒激光在融石英表面可以诱导出周期性的亚波长结构,主要以垂直于激光偏振方向的光栅状结构为主,其周期在百纳米量级且具有更好的可复现性。在激光光斑控制在1μm附近时,所得到的形貌具有较高的规则性。根据实验结果设计了聚焦高斯光斑低通量的加工方式。所制备的光栅结构具有200~300 nm的周期,平均深度约为300 nm。     

电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性

利用电子束蒸发工艺，以Ag层为衬底，沉积了中心波长为632.8nm的氧化锆(ZrO₂)薄膜，膜层厚度在80—480nm范围内变化.研究了不同厚度样品的粗糙度变化规律和表面散射特性.结果发现，随着膜层厚度的逐渐增加，其表面均方根(RMS)粗糙度和总积分散射(TIS)均呈现出先减小后增大的趋势.利用非相关表面粗糙度的散射模型对样品的TIS特性进行了理论计算，所得结果与测量结果相一致. 关键词： 氧化锆 表面粗糙度 标量散射 电子束蒸发