双色飞秒激光对金属表面周期纳米结构的调控生长

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:javajava2010
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随着超短脉冲激光技术及其应用的迅猛发展,人们利用飞秒激光脉冲在金属、半导体和电介质等多种材料表面或内部制备产生了不同类型的微纳米结构,为实现功能结构与器件的微纳米化开辟了一条新途径。尽管如此,目前激光在金属表面诱导产生条纹结构仍普遍存在一些问题,如条纹规整性较差、空间周期较大等,且飞秒激光在材料表面不断诱导出新型微纳结构,其形成的物理机制、瞬态特性以及如何有效调控这些微纳米结构的产生尚未完全清楚。  本文主要采用传统的迈克尔逊干涉光路设计和在其中一臂中放置BBO非线性倍频晶体,实现了时间延迟可调的双色飞秒激光脉冲在空间共线传输情况下对金属钼靶面的聚焦照射。研究发现了在合适功率配比和时间延迟条件下金属表面可以产生规整分布和周期仅为大约140nm的平行条纹结构,理论探索了其产生的物理机制和动态特性,分析确立了形成这些规整性表面纳米结构的物理条件,从而获得对上述表面周期微纳结构产生的有效调控。主要内容和结果概括如下:  1.采用中心波长为400nm的单束飞秒激光研究了其不同功率和扫描速度对金属表面条纹结构形成的影响,获得了整齐分布的周期仅为大约140nm的平行条纹结构。  2.基于迈克尔逊干涉光路设计,获得了在光束强度和延迟时间等方面可以自由调谐的双色(中心波长分别为800nm和400nm)飞秒激光脉冲,重点研究了两者在偏振方向平行情况下能量配比和延迟时间对条纹结构产生周期和规整性的影响。  3.基于实验数据的分析,理论明确了双束飞秒激光作用情况下条纹结构规整性提高和条纹结构周期减小的相应物理机制,认为这两种现象的产生分别与非平衡态下金属热传导率和激光在样品上激发表面波的二次谐波有关。  这对未来进一步深入理解飞秒激光与物质相互作用和有效调控金属表面微纳结构的产生等提供了新思路。
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