[发明专利]一种飞秒激光弱烧蚀小夹角干涉制备高密度光栅的方法

权利要求书

1.一种飞秒激光弱烧蚀小夹角干涉制备高密度光栅的方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：搭建双光束飞秒激光干涉系统

该系统包括：由飞秒激光光源、电子快门、第一衰减片及半波片依次光路连接的光源控制子系统发出激光束；然后激光束通过一个由分光片、第一高反镜、延迟线、第二高反镜、第三高反镜、第四高反镜、第五高反镜、第二衰减片、第一柱透镜及第二柱透镜构成的双飞秒激光束同时干涉子系统，其中，分光片分别与第一高反镜及第三高反镜光路连接；第一高反镜依次与延迟线、第二高反镜及第一柱透镜光路连接；第三高反镜与第四高反镜、第五高反镜、第二衰减片及第二柱透镜光路连接；最后两束相干光汇聚于样品同一点；样品固定在样品台上，由样品台、五轴平移台、带CCD的显微镜及显微镜座构成的样品加工与监测子系统；所述样品台设于五轴平移台上；带CCD的显微镜设于显微镜座上；样品加工过程的控制由计算机执行；

所述光源控制子系统、双飞秒激光束同时干涉子系统、样品加工与监测子系统及计算机设于实验台上；所述半波片与分光片光路连接；第一柱透镜及第二柱透镜的光路分别汇聚到样品台上；所述计算机分别与电子快门、延迟线、五轴平移台及带CCD的显微镜电连接；

步骤2：加工条件的设置

两束激光之间的夹角为0到10°，样品在激光下采用弱烧蚀，烧蚀坑的深度5-20nm，样品表面无烧蚀颗粒喷出；

步骤3：制备高密度纳米光栅

ⅰ）将样品置于乙醇中进行超声清洗，并用氮气吹干待用；

ⅱ）打开电子快门，双飞秒激光束汇聚到样品表面保持固定；

ⅲ）控制五轴平移台中的Y方向移动，样品从起始点位置到达终点位置，飞秒激光束对样品刻蚀，得到宽度为光束直径的第一行长条形纳米光栅；此时飞秒激光束位于第一行的终点位置，关闭电子快门；

ⅳ）紧接着，保持Y方向不动，控制五轴平移台中的Z方向移动，Z方向上将样品移动光束直径的0.8-0.9倍距离打开电子快门，同时，控制五轴平移台中的Y方向，反向移动样品，飞秒激光束对样品刻蚀，得到宽度为光束直径的第二行长条形纳米光栅，关闭电子快门；

ⅴ）重复步骤ⅳ），直至样品完全刻蚀；

最后，将制备完毕的样品依次放置在HF溶液、乙醇、去离子水中腐蚀清洗，所用时间分别为90min、30min和30min，然后用氮气吹干样品，即得到周期数值在707-710n，光栅深度在68-102nm的高密度纳米光栅。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1所述飞秒激光光源的能量密度为0.07-0.150J/cm² ；所述五轴平移台为具有三个平移运动副与两个旋转运动副的工作台。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述HF溶液浓度为5mol/L；乙醇的纯度为99.99％。