[发明专利]一种微米纳米复合周期结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲微加工和多光束干涉技术领域，尤其涉及一种基于飞秒激光干涉技术的微米纳米复合周期结构的制备方法。

背景技术

激光干涉技术是制备周期性结构的有效手段之一，并且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样品上同一区域进行相干，形成的强度分布图样刻印在光敏材料上，从而制备周期性结构。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、三维结构。

现有激光干涉技术制备的周期结构往往大于激光波长，处于微米量级，不易得到纳米量级的周期性结构。同时，周期性结构的排列位置仅由激光干涉的强度分布所决定。若要得到不同排列形状的周期结构，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，激光干涉技术得到的周期结构花样单调，缺乏灵活性。

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准周期纳米结构。激光偏振状态决定了纳米结构的形状，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。这一方法在材料改性上具有很大的应用前景，通过这一方法已制备了吸收率极大增强的“黑硅”，在金属表面制备条纹结构得到各种有色金属以及电导率增强的SiC半导体等。

然而，飞秒激光诱导的准周期纳米结构与激光偏振相关，若想得到不同类型的纳米花样，需要不断改变激光的偏振状态，制备时间长，所得结构的周期性、均匀性较差。

因此，需要一种利用飞秒激光干涉技术制备嵌套型微米纳米复合周期结构的方法，以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微米纳米复合周期结构的制备方法，以解决传统激光干涉技术中花样单调、缺乏灵活性的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种微米纳米复合周期结构的制备方法，包括以下步骤：

建立飞秒激光四光束干涉系统，使得所述飞秒激光四光束干涉系统产生的四束光的空间位置呈正方形排布,且最终出射后共焦和相互干涉；

提供用以制备不同的微米纳米复合周期结构的多个半导体样品；

针对每个半导体样品来改变所述四束光的偏振状态和能量后，将相应的半导体样品放置在四束光的共焦处烧蚀，制备出相应的微米纳米复合周期结构，每个微米纳米复合周期结构均包括干涉强度花样决定的微米长周期结构和飞秒激光诱导的准周期纳米结构。

进一步的，所述飞秒激光四光束干涉系统包括：

光源（1），用于产生飞秒激光脉冲；

电子快门（2），其开合时间决定照射的飞秒激光脉冲数；

第一半波片（3）和第一格兰棱镜（4），用于调节穿过电子快门（2）的飞秒激光脉冲的能量和偏振方向；

第一分束片（5）；用于对调节后的飞秒激光脉冲进行第一分光，分成能量相同的反射光束E、透射光束F两束光；

第二分束片（6），用于对入射至的反射光束E进行第二次分光，分为能量相同的反射光束A、透射光束C两束光；

第一全反光镜（7）、第一汇聚透镜（8）和第二半波片（9），用于将入射至的反射光束A反射、汇聚后照射在替代样品（25）表面点O处；

第一延时光路系统（10）、第二全反光镜（11）、第三全反光镜（12）、第二汇聚透镜（13）和第三半波片（14），用于将入射至的透射光束C延时、全反射、汇聚后照射在替代样品（25）表面点O处共焦；

第三分束片（15），用于对入射至的透射光束F进行第二次分光，分为能量相同的反射光束B、透射光束D两束光；

第二延时光路系统（16）、第四全反光镜（17）、第五全反光镜（18）、第三汇聚透镜（19）和第四半波片（20），用于将入射至的反射光束B延时、全反射、汇聚后照射在替代样品（25）表面点O处共焦；

第三延时光路系统（21）、第六全反光镜（22）、第四汇聚透镜（23）和第五波片（24），用于将入射至的透射光束D延时、反射、汇聚后照射在替代样品（25）表面点O处共焦。

进一步的，建立所述飞秒激光四光束干涉系统的步骤包括：