本文關鍵詞：飛秒激光可控加工大面積均勻化表面微納結構及其應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛秒脈沖激光具有持續(xù)時間超短、峰值功率超高,作用過程非線性、非平衡等特性,對于制造領域具有極其重要的意義。近年來飛秒激光微納加工已經成為研究的熱點,其中大面積均勻化制造已逐漸被人們關注。本課題將探究如何利用飛秒激光在材料表面加工出均勻,可重復的大面積微納結構,著重從改變材料特性以及激光參數(shù)兩個方向入手研究激光對表面微納結構的調控。在此基礎上,把加工出的均勻的大面積結構應用于不同的領域,例如:光學顏色效應,親疏水特性等。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點概括如下:(1)針對材料特性,采用鍍膜輔助加工的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的本征加工,調控激光與材料相互作用過程中的局部瞬時電子動態(tài),具體以硅為例,利用飛秒激光進行鍍金硅與本征硅的對比試驗,觀察制作相同結構時,可重復性、均勻性的變化,研究結果表明當硅表面鍍20nm金膜時,基底上加工得到的周期性結構不僅交聯(lián)等缺陷有明顯的減少,并且線邊界更加清晰整潔,對于大面積加工有非常重要的影響。(2)針對激光參數(shù),以氧化鋅材料為例,主要研究激光通量與掃描速度對加工形貌的影響規(guī)律,我們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的非對稱光柵分裂現(xiàn)象。當激光通量較高(F=0.51-0.63J/cm2)時,隨著掃描速度的降低,近波長的周期性結構會發(fā)生不對稱分裂從而形成兩種不同間隔的(~230nm and~430nm)雙光柵結構。當激光通量較低(F=0.4-0.45J/cm2)時,近波長的周期性結構會從中間進行分裂形成周期為~340nm的條紋結構。盡管氧化鋅上的周期性結構已被廣泛研究,但不對稱分裂形成雙光柵的這種現(xiàn)象為首次發(fā)現(xiàn),對進一步理解激光加工半導體的作用機理提供了實驗證據(jù)。根據(jù)這種不同條件下產生不同的分裂現(xiàn)象我們推測等離子體效應(SPP)和二次諧波效應(SHG)分別在不同條件下分別起主要作用,但機理仍待進一步研究。(3)飛秒激光加工后,材料表面得到的大面積,可重復,均勻的周期性結構在光學領域和超疏水領域都有廣泛的應用。本課題主要以金屬鈦和鎳為例,研究了不同激光參數(shù)下表面周期性結構的浸潤特性以及光學特性。其中,在鎳表面加工的微納米結構既可以實現(xiàn)超疏水的效果,又可以在不同的觀測角度下呈現(xiàn)不同的結構色。需要指出的是,調節(jié)激光參數(shù)導致的表面結構的改變也會使得顏色有所變化,因此可以通過調節(jié)表面結構,例如周期等參數(shù)對顏色進行可控精細調節(jié)。在激光加工金屬鈦的實驗中,我們同樣實現(xiàn)了超疏水的效果,并且接觸角達可以達到160°以上。此外,我們初步探究了鈦表面親疏水的轉化,對飛秒激光微納加工應用領域具有重要的研究意義。
【關鍵詞】：飛秒激光 金膜 光柵分裂 超疏水 顏色效應
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG665
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 課題背景11-15
• 1.1.1 飛秒激光11
• 1.1.2 飛秒激光微/納加工11-15
• 1.2 激光參數(shù)與外界環(huán)境對材料加工的影響15-19
• 1.3 激光誘導表面結構的廣泛應用19-24
• 1.4 本課題的研究內容24-27
• 1.4.1 研究內容24-25
• 1.4.2 文章簡介25-27
• 第二章 飛秒激光作用機理及加工系統(tǒng)27-33
• 2.1 飛秒激光與物質相互作用機理27-28
• 2.2 飛秒激光加工實驗系統(tǒng)28-32
• 2.3 本章小結32-33
• 第三章 硅表面鍍金輔助飛秒激光加工均勻周期性結構33-49
• 3.1 鍍膜加工思想的來源33-36
• 3.2 材料與激光參數(shù)對激光誘導表面結構的影響36-44
• 3.2.1 金膜厚度對激光誘導表面結構的影響36-39
• 3.2.2 激光通量對激光誘導表面結構的影響39-41
• 3.2.3 硅與鍍金硅表面形貌隨著脈沖數(shù)的演化過程41-44
• 3.3 飛秒激光加工鍍金硅的理論解釋44-47
• 3.4 本章小結47-49
• 第四章 飛秒激光誘導氧化鋅產生表面周期性結構49-75
• 4.1 飛秒激光誘導氧化鋅表面產生不同周期分裂現(xiàn)象49-56
• 4.1.1 激光線掃描加工氧化鋅表面產生邊緣分裂現(xiàn)象49-52
• 4.1.2 激光線掃描加工氧化鋅表面產生中間分裂現(xiàn)象52-53
• 4.1.3 對應線掃描下激光加工燒蝕彈坑的形貌變化53-56
• 4.2 LSFL向HSFL不同形式轉化的參數(shù)區(qū)域與理論解釋56-64
• 4.2.1 邊緣/中間分裂現(xiàn)象的掃描速度和能量區(qū)域總結56-57
• 4.2.2 激光誘導氧化鋅產生表面周期性結構的機理爭議57-62
• 4.2.3 激光誘導氧化鋅表面產生中間/邊緣分裂現(xiàn)象的機理解釋62-64
• 4.3 飛秒激光加工鍍金氧化鋅與氧化鋅的對比64-66
• 4.4 氧化鋅表面周期性結構的產生與消除66-69
• 4.5 激光誘導氧化鋅大面積周期性結構的應用69-74
• 4.6 本章小結74-75
• 第五章 飛秒激光在金屬表面加工微納結構及其應用75-85
• 5.1 飛秒激光誘導鋅表面微納結構及其光學特性75-77
• 5.2 飛秒激光誘導鈦/鎳表面微納結構的加工77-81
• 5.3 鈦/鎳表面結構的光學特性及浸潤特性81-84
• 5.4 本章小結84-85
• 結論85-87
• 參考文獻87-95
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文與研究成果清單95-97
• 致謝97

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1 邱建榮,錢國棟,Kazuyuki Hirao;飛秒激光空間選擇性誘導玻璃微結構及應用[J];材料研究學報;2003年01期

2 劉美紅;飛秒激光在玻璃中制作微孔[J];激光與光電子學進展;2004年04期

3 王亞非;飛秒激光加工機[J];光機電信息;2004年05期

4 孫曉慧,周常河,余f:鯤;飛秒激光加工最新進展[J];激光與光電子學進展;2004年09期

5 劉邁;李晶;;飛秒激光與金屬作用機理[J];河北大學學報(自然科學版);2010年06期

6 趙全忠,邱建榮;飛秒激光相干場誘導材料功能微結構[J];物理;2005年09期

7 孫曉慧;張修麗;劉烈;;飛秒激光與晶體材料相互作用的研究進展[J];材料導報;2008年02期

8 高凌云;;飛秒激光使鋁變成金色[J];現(xiàn)代物理知識;2008年03期

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1 魏志義;王兆華;田金榮;令維軍;賈玉磊;張軍;韓海年;王鵬;孫敬華;鄭加安;張杰;聶玉昕;;飛秒激光功能擴展及精確控制[A];第六屆全國光學前沿問題研討會論文摘要集[C];2003年

2 曾紹群;;飛秒激光的聲光掃描與神經活動觀測[A];2006年全國強場激光物理會議論文集[C];2006年

3 徐楠;吳成印;吳志峰;梁青青;楊宏;龔旗煌;;分子的飛秒激光取向操縱[A];2006年全國強場激光物理會議論文集[C];2006年

4 蔣紅兵;鐘鳳嬌;龔旗煌;;分子取向對飛秒激光傳輸?shù)挠绊慬A];第八屆全國光學前沿問題討論會論文集[C];2009年

5 魯欣;張U，

本文編號：307748