[发明专利]飞秒激光束制备微纳复合周期结构的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光纳米加工和全息光刻的技术，具体的涉及一种飞秒激光束制备微纳复合周期结构的方法及装置。

背景技术

近年来，人们采用胶体有序自组装、激光直写以及激光干涉等技术制备二维、三维周期结构。其中，激光干涉技术由于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相干后产生的强度分布图样刻印在光敏材料上，从而制备规则的周期结构，通过改变光束数量以及光束间的排列方式能够制备规则的二维、三维周期结构。自2002年开始，某些半导体和电介质在使用飞秒激光照射后，能够在材料表面和内部诱导周期远小于激光波长的短周期纳米结构。纳米结构依赖于激光偏振状态，线偏振光诱导纳米条纹，条纹方向与激光偏振方向垂直，圆偏振光诱导纳米颗粒。这在激光纳米加工、可见光波段光子晶体制备及超高密度光存储等方面具有应用潜力。

由现有激光干涉技术得到的结构周期往往大于激光波长，处于微米量级。周期结构的花样仅决定于激光干涉的强度分布，光束数量和空间位置确定后，周期结构随之确定。因此，现有技术中的激光干涉技术得到的周期结构花样单调，缺乏灵活性。

发明内容

本发明的第一目的在于解决现有技术中的问题，提供一种飞秒激光三光束干涉制备周期纳米结构的方法，在该方法中，引入偏振使之成为影响纳米结构分布的一项重要因素，方便快捷地制备出不同类型的微纳复合周期结构。可丰富激光干涉技术制备的纳米周期花样，提高原有干涉技术的多样性，为激光纳米加工、材料改性等提供新的手段。

本发明的第二目的是，根据上述方法设计的一种相应的装置。

为了实现上述第一目的，本发明采取的技术方案是：

一种飞秒激光束制备微纳复合周期结构的方法，其特征是，步骤如下：

步骤一、由飞秒激光光源发出激光束；

步骤二、通过电子快门调节所述激光束的照射时间；

步骤三、通过第一半波片及格兰棱镜的组合调节所述激光束的能量和偏振方向；

步骤四、将所述激光束分成能量相等的多束光；

步骤五、通过延时光路系统使所述多束光同步；

步骤六、所述多束光通过多个半波片调节各自偏振方向；

步骤七、所述多束光通过多个会聚透镜共焦到样品上；

步骤八、所述多束光干涉烧蚀所述样品得到微纳复合周期结构。

进一步，经过所述步骤三以后，所述激光束再经过第一全反光镜反射至第一分束片后分成A、D两束光，两光束能量之比为1：2，反射光束A经第二全反光镜反射至第一延时光路系统，出射光经第三全反光镜反射后并经第二半波片和第一会聚透镜照射在所述样品上，透射光束D被第四全反光镜反射，经第二分束片再次分为能量相同的两束光B、C，光束C经第五全反光镜、第六全反光镜和第七全反光镜反射后，经第三半波片和第二会聚透镜照射在所述样品上，光束B经第八全反光镜反射至第二延时光路系统，出射光经第九全反光镜反射后，经第四半波片和第三会聚透镜照射在样品，所述三束光A、B、C在所述样品上共焦。

进一步，所述的三束光A、B、C的空间分布呈正三角形。

进一步，通过调节所述第二半波片、所述第三半波片和所述第四半波片使所述三束光A、B、C的偏振方向相同。

进一步，通过调节所述第二半波片、所述第三半波片和所述第四半波片使所述三束光A、B、C的偏振方向相互成120°夹角。

进一步，通过调节所述第二半波片、所述第三半波片和所述第四半波片使所述三束光A、B、C的偏振方向相互成60°夹角。

进一步，所述飞秒激光光源的波长为800nm、脉冲宽度为40fs、重复频率为1kHz的掺钛蓝宝石激光，所述样品为ZnO晶体。

为了实现上述第二目的，本发明采取的技术方案是：