扫描方向对金属和硅复合薄膜表面激光诱导自组织加工质量的影响(特邀)EI北大核心CSCD

激光诱导周期性表面结构的质量可通过调整激光参数、改善材料表面和优化扫描策略等手段来提高。研究了扫描方向对线偏振激光诱导金属/硅复合薄膜表面氧化LIPSS的影响。结果表明,当扫描方向垂直于激光偏振方向时,纳米结构会出现分叉、不连续等问题;当扫描方向平行于激光偏振方向时,纳米结构呈现短程有序,但在光斑拼接处存在扭曲;而当扫描方向与激光偏振方向存在一定夹角时,容易获得长程均匀有序的周期性纳米结构。数值仿真结果表明造成这些现象的原因是近场效应对自组织过程具有不可忽略的影响。     

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。     

超短脉冲激光诱导周期性表面结构

激光诱导周期性表面结构（Laser-induced periodic surface structures,LIPSS）具有纳米尺度的特征结构和自重复的微观尺度的排列图案,因此,LIPSS在传感器、太阳能发电、光催化等方面具有广泛的应用前景。本文首先介绍LIPSS形成过程中超快激光与物质相互作用的复杂过程,强调瞬态光学性质和表面结构变化的作用。然后综述几种具有代表性的LIPSS形成机理,并且讨论了各自的优缺点。接着介绍了LIPSS形成过程中材料的变化,主要包括材料化学成分、晶体结构和表面微观结构的变化。最后综述了LIPSS在材料表面处理、光学和机械等方面的应用。     

激光诱导聚酰亚胺薄膜表面制备周期性纳米结构

通过Ｎｄ：ＹＡＧ激光器四倍频２６６ｎｍ偏振脉冲激光的扫描曝光,在聚酰亚胺表面制得了大面积的精度为０．２μｍ的周期性纳米线条,实验结果表明：随着激光能量密度的增加,纳米线条的深度增加;线条的周期性和入射光的角度符合关系式Λ＝λ／（ｎ－ｓｉｎΦ）;周期性纳米线条的方向始终平行于偏振激光束的偏振平面方向;在２０°入射角,４０ｍＷ激光功率时能得到较理想的线条高宽比。     

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。     

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.     

窄脉宽激光诱导背向选择性去除金属薄膜制备微电路(特邀)EI北大核心CSCD

为了在透明基板上制备出导电性能良好的微电路,研究了窄脉宽激光正向和背向选择性去除金属薄膜制备的微结构形貌特征,开展了纳秒激光选择性去除Cu薄膜(厚度为150 nm)的实验和温度场仿真研究,揭示了正、背面去除的烧蚀机理和材料的喷射机制。实验结果表明,当激光脉冲能量为0.270~0.542μJ,扫描速度为2 mm/s时,激光诱导背向去除金属薄膜在加工质量方面优于正向加工,其去除几何精度高,轮廓边缘平整,几乎没有溅射。采用优化后的纳秒激光加工工艺参数,激光脉冲能量为0.403μJ,扫描速度2 mm/s,扫描线间距为3μm,制备出均匀分布的铜阵列图案。在相同参数下对玻璃基板上的铜薄膜背向选择性去除,得到具有良好导电性和粘附性的微电路。     

表面杂质诱导薄膜元件的热应力损伤EI北大核心CSCD

基于薄膜元件的热力学理论,建立了强激光连续辐照下薄膜元件的热分析模型,模拟了薄膜元件表面杂质吸热后向周围薄膜进行热传递的过程,并讨论了表面洁净度等级和杂质尺寸对薄膜元件热应力损伤的影响。研究结果表明:强激光连续辐照下,表面杂质会吸收激光能量产生较大的温升,激光辐照时间越长,功率密度越大,杂质的温升也越大;吸热后,达到熔点的杂质和未达到熔点的杂质分别通过热传导和热辐射的方式向周围薄膜传递热量,通过热传导作用在薄膜元件表面引起的温升明显高于热辐射作用引起的;杂质向周围薄膜传递热量后会在薄膜元件上产生非均匀的温度梯度,进而产生热应力,热应力随着温度梯度的增加而增大,且处于一定尺寸范围内的杂质,更容易诱导薄膜元件热应力损伤;此外,薄膜元件的表面洁净度等级越高,杂质粒子的数目越多,越易于造成薄膜元件的热应力损伤。     

不同烧蚀条件下飞秒激光脉冲诱导ZnO纳米结构研究

烧蚀条件对飞秒激光脉冲诱导氧化锌纳米结构有重要影响.研究了800 nm,150 fs,250 kHz的飞秒激光脉冲分别在空气中,去离子水中以及无水乙醇中垂直聚焦于氧化锌晶体表面,诱导形成不同形态的纳米结构.实验结果表明,在空气中利用飞秒激光脉冲辐照样品表面,形成了周期为180 nm的纳米线;在去离子水中辐照诱导形成了由氧化锌纳米线聚集而成的"纳米球";在无水乙醇中形成出现分叉结构的纳米线.拉曼光谱分析辐照前后晶体晶相结果表明,形成的纳米结构相对于辐照前特征峰437 cm-1强度有所下降,在570 cm-1处的峰值则显著增强.分析了在各种烧蚀条件下诱导形成纳米结构的演化过程以及物理机理.     

单光束飞秒激光诱导的电子态密度分布对双周期纳米光栅的影响EI北大核心CSCD

研究了不同脉冲能量下1kHz飞秒激光脉冲在石英玻璃内部诱导的损伤痕迹、纳米光栅结构及其双折射特性,发现在激光辐照区域顶端形成的微纳结构具有两种周期性:沿光传输方向的周期为ΛK;沿激光偏振方向的周期为ΛE.通过数值模拟飞秒脉冲在石英玻璃内部的传输过程,研究了入射能流密度分布及自由电子密度分布对双周期纳米光栅结构的影响.结果表明,较大的入射能流密度有利于纳米光栅的形成,且产生的电子密度会影响周期ΛK,电子密度越大,周期ΛK越大.从理论上分析了双周期纳米光栅结构的形成过程,认为等离子体非对称生长及其引起的局域场强分布影响了双周期纳米光栅结构的形成.     

纳米Cu_2O薄膜的制备及其表面增强拉曼光谱EI北大核心CSCD

采用真空电子束蒸发技术及后续热氧化技术,在玻璃基底上制备了不同厚度的金属铜薄膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱分别表征了所制备的金属铜薄膜的晶体结构和元素组成。采用紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别分析了所制备的金属铜薄膜的吸收谱和表面增强拉曼光谱(SERS)活性。随着膜厚的增加,退火后的薄膜样品由非晶态转变为(111)面择优生长的多晶态,且其吸收边发生红移。当退火温度为200℃、退火时间为60min时,能够获得单一相的纳米氧化亚铜(Cu_2O)薄膜。薄膜样品SERS活性随纳米Cu_2O薄膜吸光度的增大而增强。     

飞秒激光制备特殊浸润性功能表面研究进展(特邀)

具有特殊浸润性的功能表面在生产生活中发挥着重要作用.同时,飞秒激光加工以其独特的优势,成为制备特殊浸润性功能表面的重要方式.本文通过自然界中生物表面微结构与实际应用的联系,讨论了飞秒激光制备多种微结构的方法,从"双面神"表面、智能响应超疏表面以及润滑表面等三个方面对基于飞秒激光制备特殊浸润性功能表面进行了总结.对飞秒激...     

氧化锆纳米薄膜的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析技术研究

为了发展一种实时、快速、非接触,能对金属氧化物纳米薄膜中元素成分进行分析的检测方法,搭建了一套基于LIBS技术的薄膜检测分析系统。该系统可同时实现样品平面的精确定位,样品烧蚀坑形貌实时观测,等离子体成像和光谱采集等功能。样品为在单晶硅基底上利用溶胶-凝胶法制备的约40 nm厚的氧化锆功能薄膜,实验中将其放置在一个位移精度为0.01 mm的三维平移台上。系统测试结果表明,在两束聚焦的连续激光辅助下,样品平面的定位精度达到了20 μm,LIBS单脉冲检测光谱信号的面积分强度的重复性的相对标准偏差(RSD)达到了1.6%。在室温和大气环境下,对等离子体空间分布、信号强度随激发能量、时间参数和LTSD(激光聚焦点到样品表面的距离)参数而变化的情况从光谱角度进行了实验研究,并优化了实验参数和探测参数。利用实验得到的光谱数据,用玻尔兹曼方计算了等离子体的电子温度,利用硅的原子线计算了电子密度,对定量检测所必须的局部热力学平衡(LTE)条件进行了评价。     

激光诱导晶化技术制备纳米硅的研究

利用电子束蒸发技术在硅衬底上镀一层2.5μm厚的含氢非晶硅薄膜,用氩离子激光器的488nm谱线作激发光线,对a-Si-H薄膜进行辐照,使a-Si-H晶化。其拉曼散射谱和电子衍射谱的结果表明,经激光辐照后,在a-Si-H薄膜中形成纳米硅粒。     

基于飞秒激光诱导双折射效应的时间胶囊的制备(特邀)

利用双折射显微镜和光学显微镜研究了飞秒激光石英材料内部诱导的双折射效应.结果表明,双折射的光学延迟量随脉冲数的增加而增加,并出现两种双折射结构.其中Type X结构需要至少20个脉冲,单脉冲能量不高于854 nJ,脉冲宽度不低于300 fs且不高于600 fs.此外,以"光子学报"等汉字为例,阐述了激光诱导双折射的数据...     

超快复合脉冲烧蚀硅表面的偏振依赖性研究(特邀)EI北大核心CSCD

以晶面<100>的硅片为研究对象,使用重复频率1 kHz的超快复合双脉冲作为激发工具,通过研究双脉冲之间的偏振夹角、延迟时间和脉冲数对周期性结构面积的影响,探究引起周期性结构演化的非线性电离动力学。实验结果表明,在激光能量密度为0.23 J/cm2、脉冲组合为100个的复合脉冲辐照条件下,正交偏振诱导的结构面积最小,相比于其他入射形式下诱导的最大面积减小率约为45%,这是因为局域场的反复调制抑制了周期性结构边缘烧蚀阈值的降低。在正交偏振时,随着两束脉冲之间延迟时间的改变,通过观察诱导结构面积变化可以分析从电子电离到物质喷发的连续过程。该复合脉冲调控技术可为研究超快激光诱导半导体表面周期性结构的偏振依赖性与电子电离效率提供参考,进一步的改进有望实现超衍射极限结构的快速诱导。     

自相关法测量飞秒激光双脉冲若干参量的研究EI北大核心CSCD

飞秒激光双脉冲在研究光泵浦的超快瞬态过程领域具有重要的应用价值,如何实现高准确度的飞秒激光双脉冲的实时测量显得尤为重要.本文提出了一种基于自相关法的飞秒激光双脉冲参量的测量方法,可实现对共光路传输、具有飞秒至皮秒级时间间隔的飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的实时测量.实验中采用自相关仪测得了双折射晶体(钒酸钇)分束出的飞秒激光双脉冲的自相关曲线,并用非线性拟合算法求得了飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比参量.实验结果表明,本文方法与互相关测量方法相比,克服了参考脉冲参量的不确定性对检测准确度的影响,使测量平均准确度提高了48%以上.     

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。     

纳米结构和薄膜材料的拉曼 布里渊研究(英文)

在过去三十年中,对多种纳米结构和薄膜材料进行了拉曼 布里渊散射的研究.得到一些特征量的变化,如半高宽,峰位的改变;由此可得系列微结构参量.由于纳米(含薄膜)结构的基本特征:小,大,多,断和(相)移;即小的尺度,大的体表比,多的界面,断裂的波矢和相位的偏移的特证,在非弹性光散射谱中得到明显的展示:多种无序结构特征;三叉晶界特征;波矢断裂引发的折迭,由此形成的频隙;光学声子的带隙;相位偏移或失配在谱中的表现为过阻尼特征等.此外,本文还给出了该领域中非弹性光散射的某些概念.     

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。