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基于飞秒激光微纳加工技术的晶体纳米光栅的研究

基于飞秒激光微纳加工技术的晶体纳米光栅的研究

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作者：郭开顺山东师范大学

学位级别：硕士

在过去的几十年中,从表面改性到三维打印再到纳米结构加工,飞秒激光微纳加工技术在精度、效率和创新性等方面为固体加工领域带来了一场前所未有的革命性变革。飞秒激光超短脉冲宽度意味着能量可以在极短时间内传递给材料,从而减少热影... 详细信息

在过去的几十年中,从表面改性到三维打印再到纳米结构加工,飞秒激光微纳加工技术在精度、效率和创新性等方面为固体加工领域带来了一场前所未有的革命性变革。飞秒激光超短脉冲宽度意味着能量可以在极短时间内传递给材料,从而减少热影响区域,降低加工过程中的材料变形和损伤风险,这使得飞秒激光微纳加工技术成为处理各种复杂材料的理想选择。飞秒激光诱导周期性表面结构(LIPSS)是利用飞秒激光单步扫描产生的亚微米量级的周期性波纹结构。该结构具有偏振依赖性、腐蚀选择性、可擦除重写等独特性质,且加工效率高、材料适用性广,在过去十年中得到了广泛关注,已成为调控材料表面光学,机械和化学等特性的有效手段。然而,飞秒激光与材料相互作用诱导周期性表面结构的机理尚未明确,需要通过实验和仿真模拟等手段进一步研究,寻找更加精确的理论模型来解释这一现象,为其在更广泛领域的应用奠定基础。本论文中,我们利用飞秒激光微纳加工技术在Nd:LGGG晶体表面产生了多种类型的微纳结构,并对微纳结构的形成机理制和演变过程进行深入研究。实验研究结果表明,飞秒激光诱导的周期性表面纳米光栅结构的形成仅限于相对较窄的参数窗口,并且随着参数的改变,这种结构进一步演变成由激光烧蚀的微槽和底部纳米光栅构成的复合结构。实验研究和数值模拟证明了表面等离子体激元的激发在纳米光栅结构的形成中起到了关键作用。此外,微纳结构演变和纳米光栅周期对加工参数的依赖性主要归因于激光诱导纳米光栅和微米沟槽的反馈机制。我们基于凹槽底部纳米光栅结构提出了一种新的方法来制备具有正交双周期的二维表面。与传统的由一维纳米光栅构成的表面结构相比,这种二维双周期表面结构在较长波段范围内(紫外-近红外)都具有偏振敏感的增强抗反射性。

关键词：飞秒激光微纳加工纳米光栅光学晶体增强抗反射

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