[发明专利]一种飞秒激光制备SiO2

说明书

一种飞秒激光制备SiO₂‑金属界面膨化微纳结构的方法，涉及飞秒激光微纳加工领域。该方法采用飞秒激光直写技术，将激光聚焦于SiO₂(玻璃)‑金属薄膜交界面处，在界面处对金属薄膜进行烧蚀，形成凸起的微纳尺寸结构。利用中性密度衰减片对脉冲激光能量进行控制，利用位移台控制程序对三维位移台系统进行操纵，实现扫描速度以及扫描间距的控制，建立加工参数与膨化微纳结构尺寸相对应的参数数据库。

技术领域：

本发明涉及飞秒激光微纳加工领域，尤其是一种采用飞秒激光直写制备SiO₂-金属界面膨化微纳结构的方法。

背景技术：

自然界中生物表面特殊的微纳米结构致使其表现出超常的表面性能。如：许多昆虫五彩斑斓的翅膀是由于有序的微纳米结构对光的选择性衍射与反射展现出的结构色；出淤泥而不染的荷叶表现为超疏水性，是由于荷叶表面乳突状的微米级粗糙结构以及具有疏水的蜡质覆盖层共同成就的；具有强劲吸附力的壁虎脚掌表现为超吸水性，是由于壁虎脚趾表皮上长有大量微米尺寸的绒毛结构，微米绒毛末梢上还具有纳米尺寸的分支结构(二级结构)。这些表面微纳特征结构表现的超常功能启示人们通过仿真制造技术在材料表面制备出具有某种规则(模式)的特征结构，以实现人们所需的各种表面功能。通过微纳米尺寸的特征结构实现特殊表面功能的微小机械零部件的加工制造，对未来新兴产业中的诸多应用，如：生物医学传感器件、微流控器件、新能源中的能量转换器件、航空以及军事等众多应用领域蕴含着至关重要的战略意义。

可以实现表面微纳结构的加工方法主要是通过物理气相沉积、化学蚀刻、光刻、纳米压印以及离子束加工来实现，但制备材料表面特定微结构的复杂过程以及高昂的成本极大地限制了微尺度材料在实际生产生活中的广泛应用。飞秒激光加工技术因其精度高、可控性好、适用材料广等特点在表面微纳结构加工领域具有独特优势。近年来，研究者采用飞秒激光在金属薄膜材料表面进行了大量的微纳加工实验，实验得到的微纳结构在微型彩色打印、光电传感技术、彩色显示技术等领域独树一帜。但在飞秒激光金属薄膜实验中，大多采用激光后向烧蚀的方法(将激光直接聚焦于金属薄膜表面)，使用单点—单脉冲—逐行扫描的加工模式。该种实验方法一般用于制备凸起阵列结构，且加工效果不好，表面粗糙度比较大。

发明内容：

针对上述背景，本发明提出一种采用激光前向烧蚀技术，将激光聚焦于SiO₂-金属薄膜交界面处，利用飞秒激光直写技术制备SiO₂- 金属界面膨化微纳结构的方法。

为实现上述目的，给出的加工方法如下：

采用激光前向烧蚀技术，将激光聚焦于SiO₂-金属薄膜交界面处，利用飞秒激光直写技术制备SiO₂-金属界面膨化微纳结构的方法。

所谓飞秒激光制备SiO₂-金属界面膨化微纳结构的方法，其特征在于，采用激光前向烧蚀技术，将激光聚焦于SiO₂-金属薄膜交界面处，利用飞秒激光直写技术制备SiO₂-金属界面膨化微纳结构的方法；

调节加工参数，在SiO₂-金属薄膜交界面形成烧蚀结构，在金属膜面形成膨化(凸起)结构；得到加工参数与膨化微纳结构的参数规律；建立飞秒直写技术制备SiO₂-金属界面膨化微纳结构方法中加工参数与微纳特征结构尺寸的对应加工参数数据库。

具体包括以下步骤：

(1)调试飞秒激光加工系统，一束飞秒激光由飞秒激光放大系统射出，再经过连续可调中性密度衰减片之后，进入显微加工系统，最后经数值孔径N.A.＝0.25、放大率为10倍的物镜聚焦；