一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法与流程

文档序号:12363864阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

第一步,金属靶样品材料的抛光和安装

利用砂纸将金属靶样品材料表面进行机械抛光处理后,在酒精中超声清洗得到洁净处理的金属靶样品材料,将金属靶样品材料安装在三维移动精密平台(20)的载物架上,可通过计算机控制三维移动精密平台使金属靶样品材料在空间三维方向上精密移动;

第二步,可变延迟时间的线偏振和角向偏振双脉冲飞秒激光的获取

通过基于迈克尔逊干涉系统搭建的微纳米加工平台,将飞秒激光透过径向偏振转换器产生角向偏振飞秒激光,最终生成具有皮秒时间延迟的线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光,并使两者在空间上共线传输,构成可变延迟时间的线偏振和角向偏振的双脉冲飞秒激光;

第三步,双脉冲飞秒激光的点聚焦

将第二步获得的在空间上共线传输的线偏振和角向偏振的双脉冲飞秒激光通过同一物镜(18)聚焦,垂直照射在金属靶样品材料表面;

第四步,金属靶样品材料位置的调节

通过计算机控制三维移动精密平台,调节载物架上的金属靶样品材料的相对位置,使金属靶样品材料的表面在平移过程中能够始终与线偏振飞秒激光的偏振方向保持平行;

第五步,物镜焦点位置的确定

通过计算机控制三维移动精密平台平移的过程中,双脉冲飞秒激光在样品表面不同位置处聚焦,相继形成多处烧蚀孔,根据烧蚀孔直径尺寸的大小进而确定双脉冲飞秒激光的聚焦焦点位置;

第六步,金属靶样品材料表面的调整

通过计算机调节三维移动精密平台,沿着逆光束传播方向平移金属靶样品材料,调整激光焦点和金属靶样品材料的相对位置,使物镜的焦点位置顺着光束传播方向在金属靶样品材料表面前方200微米处;

第七步,二维亚微米蝶形金属微结构的制备

在保证线偏振和角向偏振双脉冲飞秒激光共线传输,双光束均能经过物镜聚焦照射到样品表面的情况下,首先控制三维移动精密平台,从而控制金属靶样品材料表面与焦点之间的距离,同时通过控制双脉冲飞秒激光的脉冲数目、功率和激光的偏振态,便可在金属靶样品材料表面制备出二维亚微米蝶形金属微结构。

2.根据权利要求1所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,第二步所述的基于迈克尔逊干涉系统搭建的微纳米加工平台包括飞秒激光器(1)、半透半反透镜(3)、用于改变激光传播方向的反射镜(4、5、6、9、10、12、15)、半波片(7)、合束片(13)、径向偏振转换器(14)、一维精密移动平移台(11)、衰减片(8)和ccd光谱仪(17),飞秒激光器(1)输出的每一个飞秒激光脉冲通过半透半反透镜(3)转化为两个具有皮秒时间延迟的同色双脉冲飞秒激光,其中一个分光路通过半波片(7),使该光路中的偏振方向由水平方向偏振转化为竖直方向偏振,再通过径向偏振转换器(14)来实现角向偏振飞秒激光的输出。两个分光路中的多个反射镜可以改变光的传播方向,通过调节反射镜,保障线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光空间上的共线输出,并最终在合束片(13)处汇合,实现线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光的共线传输;通过移动一维微纳米平移台(11)来控制反射镜位置,来改变双脉冲飞秒激光在光路中的有效光程,进而能够改变双光束之间的时间延迟;两分光路的不同功率配比通过调整衰减片(8)来实现。

3.根据权利要求1或2所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,所述的金属靶样品材料为钨、钼或钛材料。

4.根据权利要求1或2所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,所述的双脉冲飞秒激光分别为线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光,激光脉冲的脉宽为50飞秒,中心波长为800纳米。

5.根据权利要求4所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,所述的双脉冲飞秒激光的脉冲个数范围为20~200个。

6.根据权利要求1或2所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,从合束片中出射的飞秒激光为线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光,这两束飞秒激光在空间上共线传输,透过融石英物镜点聚焦,在金属材料表面诱导制备微结构,该物镜能够将具有皮秒时间延迟的双脉冲飞秒激光进行聚焦。并使得角向偏振光在焦点处的光斑的电场方向沿角向呈环形分布,从而能够在样品表面实现规整形貌特征的微结构制备。

7.根据权利要求1或2所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,所述的线偏振飞秒激光和角向偏振飞秒激光的延迟时间为小于200皮秒。

8.根据权利要求1或2所述的二维亚微米蝶形金属微结构的飞秒激光直写制备方法,其特征在于,所述的二维亚微米蝶形金属微结构在直径为32微米的圆内,其中弯曲条纹的脊面宽度320-400纳米。

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