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基于空间光调制器的飞秒激光时空干涉在不锈钢表面高效率制备超疏水功能的仿生结构

光子学报 2021年第6期50卷 91-99页

作者：石惠林御寒贾天卿曹凯强张羽婵韩若中孙真荣华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241 深圳市坪山区同心外国语学校广东深圳518118

基于空间光调制器的飞秒激光时空干涉方法,改变800 nm飞秒激光能流密度和累积脉冲数,在316镜面不锈钢上高效率、高质量地制备了面积为5 mm×5 mm的双尺度的类鲨鱼皮肤微纳米仿生结构,并研究了该结构在不同激光照射条件下的润湿性。在激... 详细信息

基于空间光调制器的飞秒激光时空干涉方法,改变800 nm飞秒激光能流密度和累积脉冲数,在316镜面不锈钢上高效率、高质量地制备了面积为5 mm×5 mm的双尺度的类鲨鱼皮肤微纳米仿生结构,并研究了该结构在不同激光照射条件下的润湿性。在激光能流密度为1.37 J/cm~2,累积脉冲数为30~40的条件下,不锈钢表面碳元素含量最多增加了13.22%,润湿性由亲水(接触角88°)转变为超疏水,接触角高达165°。本研究利用灵活、高效的飞秒激光时空干涉加工方法,得到了稳定的超疏水表面,为仿生结构制备提供了新思路。

关键词：飞秒激光时空干涉不锈钢鲨鱼皮肤仿生结构润湿性超疏水表面

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对基于时空干涉的空间整形的畸变与光强校正

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激光与光电子学进展 2021年第3期58卷 203-211页

作者：林御寒石惠贾天卿华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

时空干涉的飞秒激光空间整形技术是一种新型图形化激光加工方法,相比传统技术更加简单灵活并有更高的效率。然而此技术中的缩束系统造成的成像畸变严重影响了加工的准确性。本文模拟并分析了该系统中的畸变现象,利用空间光调制器的相位... 详细信息

时空干涉的飞秒激光空间整形技术是一种新型图形化激光加工方法,相比传统技术更加简单灵活并有更高的效率。然而此技术中的缩束系统造成的成像畸变严重影响了加工的准确性。本文模拟并分析了该系统中的畸变现象,利用空间光调制器的相位全息图补偿畸变引起的空间光场的位置变化和光强分布不均。此方法可使曝光处干涉图案的最大偏移量由10.66μm趋近于0,在实验中将相对最大偏差由60.42%降至8%以下,并使该处二维光强分布趋近于平顶光。该算法降低了时空干涉的飞秒激光空间整形技术对于缩束成像系统的设计需求,节省了成本与时间。基于以上方法,在不锈钢表面拼接加工出了1.5 mm×1.5 mm的具备多级别防伪能力的二维码图案。

关键词：激光器飞秒激光整形时空干涉畸变校正平顶光整形微纳加工

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基于空间光调制技术的飞秒激光在金属表面制备超疏水仿生结构

基于空间光调制技术的飞秒激光在金属表面制备超疏水仿生结构

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作者：石惠华东师范大学

学位级别：硕士

仿生超疏水表面有许多突出的性能,如自清洁、抗腐蚀、有效防止微生物黏附及良好的抗结冰性等,因而具有非常重要的研究价值和广泛的应用前景。仿生主要包括表面结构形貌和特定功能两个方面。飞秒激光加工技术具有材料普适性强、加工精度... 详细信息

仿生超疏水表面有许多突出的性能,如自清洁、抗腐蚀、有效防止微生物黏附及良好的抗结冰性等,因而具有非常重要的研究价值和广泛的应用前景。仿生主要包括表面结构形貌和特定功能两个方面。飞秒激光加工技术具有材料普适性强、加工精度高、可控性强等特点,在制备和调控特殊浸润性表面方面具有非常突出的优势。仿生结构的传统制备方法往往使用激光直写,然而其单次曝光点结构单一,对于复杂精细图案的加工需要逐点扫描,效率较低。基于液晶空间光调制器(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator,LCo S SLM)的飞秒激光时空干涉技术对空间光场的调制有更高的灵活性,可以一次性得到设计的任意图案,大大提升了加工速度。该方法尤其在不规则结构加工中具有显著优势,可以对自然界中生物的微观形貌进行模仿。本工作发展了基于空间光调制器的飞秒激光时空干涉方法,通过精确控制800 nm飞秒激光的能流密度和累积脉冲数,在两种金属表面高效率、高质量地制备了不同的仿生结构,并研究了不同激光条件照射下制备的微纳结构的润湿性,得到了如下主要结果:1.本文介绍并模拟了时空干涉飞秒激光装置的原理,展示了该装置调控二维光场的灵活性。利用该方法在316镜面不锈钢表面制备了双尺度的类鲨鱼皮肤微纳仿生结构。在激光能流密度为1.37 J/cm2,累积脉冲数为300的条件下,材料表面的润湿性由亲水(接触角88°)转变为超疏水,所制备结构的接触角高达165°。并从元素含量变化结合润湿性模型分析了超疏水表面形成的原因。2.基于该技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备了类蝴蝶翅膀鳞片的仿生结构。材料表面的润湿性由亲水(接触角61°)转变为疏水。在激光能流密度为1.46J/cm2,累积脉冲数为50的条件下,加工结构为微米级乳突状结构并附着着周期性纳米条纹,接触角最大为134°,相比于未加工的钛合金表面增加了73°。本研究利用飞秒激光时空干涉加工方法灵活、高效的优势,在钛合金材料制备了稳定的疏水表面,有望将该材料应用于航空航天实现疏冰功能,为仿生结构制备提供了新思路。

关键词：飞秒激光空间光调制器时空干涉仿生结构润湿性超疏水表面

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