[发明专利]一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法

说明书

一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法，先在玻璃基底上溅射功能薄膜材料；然后将玻璃基底固定在三坐标工作台上，三坐标工作台和加工光路系统配合；先调节飞秒激光器的输出激光波长，重频，脉宽，通过小孔光阑调节通光孔，衰减片调节激光功率，快门控制加工过程的进行，再通过聚焦柱面透镜使光束聚焦成线光斑；利用调节好的飞秒激光辐照功能薄膜材料，设定三坐标工作台水平X向运动速度，到达设定位置后回到加工起始点，水平Y向移动，之后于X向平行方向运动，如此反复，加工路径为一条条平行的线段，从而制作出均匀的大面积周期结构；本发明激光通过聚焦柱面镜聚焦为线光斑，减小了对功能薄膜材料的烧蚀损伤，同时提高加工效率。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法。

背景技术

表面微纳结构应用广泛，其高效可控制备技术在过去十年里受到了高度关注。在功能薄膜表面制造微纳结构，对光电元件发光率、太阳能电池光电转换效率、生化传感、减反射表面、场发射器件、亲疏水表面等多个领域都有巨大的应用潜力。如作为现代半导体工业及微电子工业基石的半导体材料，对于推动现代社会的进步与高新科技发展起着不可估量的作用。飞秒激光作为超快加工方法，辐照在薄膜材料表层可以制造出大面积的均匀周期性结构，从而改变薄膜性能，但用传统的圆透镜加工时，由于聚焦光斑小，能量高斯分布明显，导致能量过于集中，从而极易损坏薄膜中间部分，且效率较低、不利于大面积加工，从而限制了薄膜表面微纳结构的应用发展。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法，在功能薄膜表面上制备均匀完整的周期结构，从而改变薄膜性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法，包括以下步骤：

1)先在玻璃基底1上溅射一层功能薄膜材料2；

2)将溅射有功能薄膜材料2的玻璃基底1固定在三坐标工作台3上，三坐标工作台3和加工光路系统配合，加工光路系统包括飞秒激光器5，飞秒激光器5输出的激光经过反射镜6反射后，再依次经过小孔光阑7、衰减片8、快门9和聚焦柱面镜10后能够垂直照射在功能薄膜材料2上，飞秒激光器5、衰减片8、快门9和三坐标工作台3通过与计算机4相连接进行控制；

3)先调节飞秒激光器5的输出激光波长为800nm，重频1KHz，脉宽120fs，通过小孔光阑7调节通光孔，衰减片8调节激光功率，使激光功率在150-300mw，快门9控制加工过程的进行，再通过焦距为75mm的聚焦柱面透镜10使光束聚焦成线光斑；

4)利用调节好的飞秒激光辐照玻璃基底1上的功能薄膜材料2，设定三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01-0.1mm/s，到达设定位置后回到加工起始点，水平Y向移动10mm，之后于X向平行方向运动，如此反复，加工路径为一条条平行的线段，从而制作出均匀的大面积周期结构。

本发明的有益效果为：激光通过聚焦柱面镜10聚焦为线光斑，光斑长宽比较大，面积较大，能量密度降低，减小了对功能薄膜材料2的烧蚀损伤，易于控制生成均匀的周期性结构，且在相应的参数下可以通过单次扫描得到整齐的三角形表面结构，简化了特殊结构的表面加工工艺；其次线光斑长宽比较大，从而可以提高加工效率，适用于大面积的表面微结构加工，从而改变功能薄膜性能。

附图说明

图1为实施例中CIGS的功能薄膜材料2、玻璃基底1分布及加工相对位置示意图。

图2为实施例中的加工光路系统示意图。

图3为实施例1中沿水平X向激光照射材料后，CIGS的功能薄膜材料2在低倍下可观察到明显的表面改变。