雙脈沖飛秒激光誘導(dǎo)表面微納結(jié)構(gòu)的超快動態(tài)特性研究.pdf

1、近年來，伴隨著超短脈沖激光技術(shù)的快速發(fā)展與成熟，以及相關(guān)商業(yè)化激光系統(tǒng)的普及應(yīng)用，飛秒激光脈沖作為一種新興的微細(xì)加工技術(shù)手段受到人們愈來愈多的關(guān)注，并且已在金屬、半導(dǎo)體和透明介質(zhì)等材料表面或內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了微納米量級上的加工、修復(fù)、制作和改性，解決了實(shí)際應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。與傳統(tǒng)超精細(xì)工藝相比較，它具有直寫操作、靈活方便、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前飛秒激光微納米加工技術(shù)已在物理、信息、材料、機(jī)械和生物醫(yī)療等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。盡管如此

2、，這一技術(shù)仍有許多重要問題尚未完全清楚:例如飛秒激光作用下材料表面微納結(jié)構(gòu)形成的物理機(jī)制、動力學(xué)特征，以及如何有效操控這些微納結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生過程等。
　　 本文主要是利用泵浦探測的基本原理，通過采用兩束具有延遲時間的飛秒激光脈沖，對金屬銅表面產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的超快動態(tài)特性進(jìn)行了探索研究。實(shí)驗(yàn)中，通過分別改變兩束激光的入射光通量、線偏振方向和偏振態(tài)等參數(shù)，測量和分析了產(chǎn)生的亞波長條紋結(jié)構(gòu)形貌特征隨脈沖延遲時間的變化關(guān)系，并對其中涉及的物理

3、過程給予了初步的理論分析。主要內(nèi)容包括：⑴在保持兩束激光具有相同線偏振方向的情況下，觀測了入射激光通量和脈沖延遲時間對材料表面周期性亞波長條紋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)了較大延遲時間時表面條紋結(jié)構(gòu)的清晰度降低且出現(xiàn)熱熔跡象。⑵研究了兩束平行入射飛秒激光的線偏振方向具有不同夾角時，材料表面亞波長條紋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隨脈沖延遲時間的變化關(guān)系。首次發(fā)現(xiàn)了其中條紋結(jié)構(gòu)傾斜度、周期和占空比等特性在0～8 ps延遲時間范圍內(nèi)的振蕩變化的物理規(guī)律，理論分析認(rèn)為它與

4、材料中相干光學(xué)聲子及其瞬態(tài)物理性能的出現(xiàn)緊密相關(guān)。⑶在調(diào)整兩束飛秒激光分別具有線偏振和圓偏振態(tài)的情況下，研究了不同延遲時間的雙脈沖激光對材料表面微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。首次獲得了在周期亞波長條紋表面覆蓋有納米量級圓形斑粒規(guī)則分布的多級復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)。不僅如此，當(dāng)圓偏光滯后于線偏光入射時，條紋結(jié)構(gòu)溝槽內(nèi)還出現(xiàn)了納米圓球狀的顆粒分布。本文的研究結(jié)果對于未來深入理解材料在飛秒激光激發(fā)下產(chǎn)生的瞬態(tài)物理特性，以及利用該特性對材料進(jìn)行納米量級的結(jié)構(gòu)調(diào)控和