[发明专利]激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法

说明书

本发明公开了一种激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法，利用二氧化碳激光峰值脉冲辐照熔石英样品改变其表面自组织结构，然后重复扫描，使其表面自组织形成均匀的光栅结构。采用以上方案，简化了制作均匀光栅结构的方法，方法新颖，避免了传统制作飞秒激光的繁琐步骤，降低了制作成本，且形成均匀光栅结构步骤简洁、方便高效，且通过相邻重叠辐照区域可轻松获得大面积的均匀光栅结构，通过本方法制作的均匀光栅结构可适用于分光、结构色等领域应用，具有极大科研意义。

技术领域

本发明属于光学元件技术领域，具体涉及一种激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法。

背景技术

激光诱导周期性表面结构是线偏振激光辐照在固体上形成的一种普遍现象，几乎可以在包括金属、半导体和绝缘体的任何材料上产生，通常以包含准周期或周期性条纹的表面起伏形态出现。从技术的角度，激光诱导周期性表面结构的加工是一种简便的方法，周期性微纳结构可以在大气环境条件下一步成形，实现材料的表面功能化，调控材料表面的光学、力学和化学等特性。

随着现代技术的发展，超短激光光源的应用极大促进了人们对激光诱导周期性表面结构的研究。超短飞秒激光不仅可以诱导产生周期接近于激光波长的长周期激光诱导微纳结构，而且还可以产生周期远小于激光波长的短周期激光诱导微纳结构。但是，飞秒激光微细加工系统设备昂贵，维护费用高且周期长，加工效率低。飞秒激光诱导周期性表面结构一般出现在烧蚀坑内部，其局部的不平整性、烧蚀物的沉积以及波纹线条的不连续性等制约着飞秒激光诱导周期性表面结构用于大面积均匀光栅结构的制备。

针对目前激光诱导周期性表面结构用于大面积均匀光栅结构加工遇到的技术瓶颈，需要进行技术创新，探索激光制备大面积均匀光栅结构的新方法，解决目前技术不能兼顾形貌微精确控制、高效率、高质量和低成本的问题，亟需一种激光诱导周期性表面结构形成大面积均匀光栅结构的新方法。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法，具有简洁、方便、高效和低成本的优势。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法，包括以下步骤：

S1：设置二氧化碳激光器的频率和占空比参数；

S2：使用声光调制器截取微秒宽度的二氧化碳激光峰值脉冲；

S3：对截取的微秒二氧化碳激光峰值脉冲进行扩束，然后对其聚焦处理；

S4：将熔石英样片放置在聚焦后二氧化碳激光峰值脉冲的焦点位置；

S5：设置振镜系统的扫描区域、扫描方式、扫描速度和扫描间距；

S6：利用振镜系统驱动聚焦后的微秒二氧化碳激光峰值脉冲辐照熔石英样品的表面，改变熔石英样品表面受辐照区域的自组织结构；

S7：微秒二氧化碳激光峰值脉冲重复扫描熔石英样片的辐照区，使熔石英样片表面自组织形成均匀的光栅结构。

采用以上方案，通过微秒二氧化碳激光峰值脉冲聚焦对熔石英样片表面进行辐照，从而改变熔石英样片表面自组织结构，形成均匀的光栅结构，因为微秒二氧化碳激光峰值脉冲获取相对较为容易，所采用设备相比飞秒激光微细加工系统成本更低，形成的光栅结构更均匀光洁，提高了制造均匀光栅结构的效率和质量，并使光栅结构适用于分光、结构色等应用。

作为优选：步骤S5中，步骤S5中，所述扫描路径为逐行扫描，扫描行间距小于微秒二氧化碳激光峰值脉冲聚焦光斑的尺寸。采用以上方案，使扫描均匀，确保聚焦光斑行与行的重叠，保证光栅结构均匀。

作为优选：步骤S5中，设置扫描速度参数，使其满足同一行内聚焦光斑重叠。采用以上方案，避免聚焦光斑扫描不均，导致形成的光栅结构不均匀。