飛秒激光誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、飛秒激光因具有獨(dú)特的超強(qiáng)與超快特性而倍受關(guān)注，由于它的脈沖歷時(shí)很短，使得我們能以較低的脈沖能量獲得極高的峰值光強(qiáng)，例如脈寬為100fs、能量為0.3mJ的激光聚焦成20μm的光斑，可以達(dá)到1015W/cm2的功率密度。如此高的能量密度幾乎可以對(duì)所有的材料(透明材料、半導(dǎo)體以及金屬材料)進(jìn)行加工；利用超強(qiáng)的峰值功率可以激發(fā)材料的雙光子/多光子吸收效應(yīng)，大大降低了材料的燒蝕閾值。適當(dāng)調(diào)節(jié)激光的輻照功率可以使其加工分辨率突破光學(xué)衍射極限，提高

2、加工精度。而且飛秒激光可以深入到透明材料內(nèi)部進(jìn)行加工，具備加工復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的能力，利用飛秒激光的這些特點(diǎn)可以在材料表面或內(nèi)部制備良好的納米結(jié)構(gòu)。另一方面，ZnO、ZnSe作為重要的寬禁帶Ⅱ-Ⅳ族半導(dǎo)體材料，在發(fā)光器件、非線性光電器件和紅外器件方面有著廣泛的應(yīng)用，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是具有規(guī)則納米結(jié)構(gòu)的ZnO、ZnSe晶體在光學(xué)信息處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景非?？春?。盡管傳統(tǒng)的氣相法、水熱法在特定的條件下也可以得到納米梳、納米環(huán)、納米帶、納

3、米線等多種納米結(jié)構(gòu)，然而利用這些技術(shù)很難得到形貌可控的納米結(jié)構(gòu)。本文利用高重復(fù)頻率飛秒激光對(duì)ZnO、ZnSe晶體表面進(jìn)行輻照，然后采用掃描電鏡、拉曼光譜對(duì)輻照后形成的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。取得的主要成果有： 1、基于WindowsAPI串口通訊技術(shù)，建立PC機(jī)與三維加工平臺(tái)、電子快門的串行通訊，實(shí)現(xiàn)飛秒激光精密顯微加工中對(duì)不同廠家硬件的計(jì)算機(jī)控制，最終完成了飛秒激光精密微納加工平臺(tái)的建立。為了得到足夠多的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，對(duì)所用加工平臺(tái)的各

4、項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了激光焦斑的縱向定位。 2、利用800nm，120fs，250kHz飛秒激光在氧化鋅、錫化鋅晶體表面輻照，形成規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)，并且這些周期性納米結(jié)構(gòu)的排列方向垂直于激光的偏振方向。然后在掃線模式下對(duì)激光的輻照參數(shù)、樣品移動(dòng)速度、掃線的間距與形成的納米結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行探索，最終得出樣品以10μm/s的速度沿垂直激光的方向移動(dòng)，掃線間距為2μm條件下進(jìn)行掃描時(shí)，所得納米結(jié)構(gòu)效果最好，并利用飛秒激光在樣品表面制備出規(guī)