[发明专利]一种可调谐相变纳米结构超表面的飞秒激光制造方法

摘要

一种可调谐相变纳米结构超表面的飞秒激光制造方法属于飞秒激光应用技术领域。本发明目的是为解决现行超表面纳米结构加工过程中工艺复杂，纳米结构单元精确、高效、有序化、大面积加工难题。本发明提出以相对简单的工艺精确、高效、有序化、大范围、制备出具有纳米结构预期形貌，通过调控飞秒激光与相变材料表面作用时瞬时电子激发动态，实现了相变材料超表面纳米结构单元的间距、形貌、相态、排列方式的调制以及大幅面的制作和改性。在梯度超表面、信息存储、全息成像、电磁波操控、可切换或可重新配置的元器件件等方面具有至关重要的应用价值。

主权项

1.基于通过飞秒激光诱导相变材料实现可调谐相变纳米结构超表面的方法，其特征在于，装置依次包括飞秒激光器、半波片、偏振片、连续衰减片、反射镜、机械开关、二向色镜、消色差双胶合平凸透镜、六维移动平台；还包括光源、分束镜、聚焦透镜及成像CCD，飞秒激光器产生飞秒激光脉冲，飞秒激光脉冲经过半波片、偏振片、连续衰减片，反射镜反射经过机械开关，经二向色镜反射后经过消色差双胶合平凸透镜，聚焦到样本表面，待加工样本固定在六维移动平台上；光源经过分束镜、二向色镜、消色差双胶合平凸透镜后照射到样本，其反射光经消色差双胶合平凸透镜、二向色镜，被分束镜反射后经聚焦透镜入射到成像CCD中；进行纳米结构相变调控时利用平凸柱面镜与消色差双胶合透镜组合使激光束线聚焦；具体步骤如下：步骤一，无定型介质纳米柱制备：以二氧化硅或硅为基底，以双通AAO为模板，利用磁控溅射的方式沉积相变材料薄膜，镀膜后双通AAO模板采用机械的方式去除，形成样本表面纳米微结构；步骤二，激光能量调节：利用半波片‑偏振片组合及连续衰减片调节激光能量使之大于淀积薄膜样本的烧蚀阈值，且激光能量能够连续调节；步骤三，将被加工样品固定在六维平移台上，通过成像CCD观测，调整光路，确保激光入射方向与所加工样本表面垂直；利用双色差胶合平凸透镜将飞秒激光聚焦到被加工样品表面；步骤四，可调谐形貌的调控：采用圆形高斯光束进行纳米结构单元的形貌调控；综合设置机械开关开闭间隔与激光频率，使激光以单脉冲入射；调节六维平移台为步进式移动，并保持激光出光过程平台与入射激光无相对移动；在单脉冲烧蚀阈值的1.1～2.5倍内由低到高连续调节激光能量；观察不同能量作用下的纳米结构单元形貌，得到纳米结构单元形貌调控规律；使用上述发生形貌改变时的激光能量，综合调节平台步进间隔，与激光出光频率，实现纳米结构单元的形貌转变；步骤五，可调谐相变调控：在光路中加入平凸柱透镜，采用光束整形的方式使光束线聚焦；综合设置机械开关开闭间隔与激光频率，使激光以单脉冲入射；调节平移台为步进式移动，并保持激光出光过程平台与入射激光无相对移动；在单脉冲烧蚀阈值的0.6～1.1倍内由低到高连续调节激光能量；观察不同能量作用下的纳米结构单元的相态变化，得到纳米结构单元在发生相态转变时对应的激光能量；使用上述发生相变时的激光能量，综合调节平台步进间隔，与激光出光频率，实现纳米结构单元的相态转变；步骤六，按照步骤四、五纳米结构单元形貌调控和相变调控的加工规律，结合实际超表面的调谐需求，选择AAO模板、镀膜厚度、平台移动速度、激光能量和/或激光束形貌，进行超表面纳米结构的制备。