飛秒激光誘導微納結構研究.pdf

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

2、加工精度。而且飛秒激光可以深入到透明材料內(nèi)部進行加工，具備加工復雜三維結構的能力，利用飛秒激光的這些特點可以在材料表面或內(nèi)部制備良好的納米結構。另一方面，ZnO、ZnSe作為重要的寬禁帶Ⅱ-Ⅳ族半導體材料，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用，一直是人們關注的焦點，尤其是具有規(guī)則納米結構的ZnO、ZnSe晶體在光學信息處理領域的應用前景非常看好。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、米線等多種納米結構，然而利用這些技術很難得到形貌可控的納米結構。本文利用高重復頻率飛秒激光對ZnO、ZnSe晶體表面進行輻照，然后采用掃描電鏡、拉曼光譜對輻照后形成的納米結構進行研究。取得的主要成果有： 1、基于WindowsAPI串口通訊技術，建立PC機與三維加工平臺、電子快門的串行通訊，實現(xiàn)飛秒激光精密顯微加工中對不同廠家硬件的計算機控制，最終完成了飛秒激光精密微納加工平臺的建立。為了得到足夠多的實驗參數(shù)，對所用加工平臺的各

4、項參數(shù)進行測試，實現(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)則的納米結構，并且這些周期性納米結構的排列方向垂直于激光的偏振方向。然后在掃線模式下對激光的輻照參數(shù)、樣品移動速度、掃線的間距與形成的納米結構的關系進行探索，最終得出樣品以10μm/s的速度沿垂直激光的方向移動，掃線間距為2μm條件下進行掃描時，所得納米結構效果最好，并利用飛秒激光在樣品表面制備出規(guī)