專利名稱：飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的方法，屬飛秒激光應(yīng) 用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛秒激光在不同領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，特別在晶體結(jié)構(gòu)方面的研究。本發(fā)明為另一種特 殊研究方式，即利用飛秒激光在不同晶體表面誘導(dǎo)出自組織生長微納米結(jié)構(gòu)。并利用激光系 統(tǒng)進(jìn)行檢測和鑒定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的新方法。 本發(fā)明的一種飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于利用飛
秒激光器系統(tǒng)，其波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復(fù)頻率為250KHz的飛秒激光；從激 光器再生放大器中發(fā)出激光的脈沖最大能量為6pJ，光強分布為高斯分布的線偏振光；利用
中性濾色片連續(xù)調(diào)節(jié)激光能量，通過X/4波片后為圓偏振光；然后通過起偏器調(diào)節(jié)激光的偏振
方向；利用20倍顯微物鏡將激光全聚到晶體表面，用快門控制飛秒激光輻照時間，飛秒激光 在所述晶體表面誘導(dǎo)出自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)。
上述的線偏振飛秒激光垂直入射到晶體表面，根據(jù)激光光波與散射光波的干涉及用形成 機(jī)理在晶體表面形成的光柵周期A為A = A;式中A二800nm，為激光波長；n為晶體對于
波長為800nm光的折射率；通過改變激光的偏振方向調(diào)節(jié)周期性微納米光柵結(jié)構(gòu)的取向。
本發(fā)明利用掃描電子顯微鏡來觀察飛秒激光輻照后晶體表面的納米結(jié)構(gòu)；另外，通過控 制飛秒激光的能量和輻照脈沖個數(shù)、改變飛秒激光偏振的形態(tài)和方向，在激光焦點不動、三 維精密平臺以10)am/S沿X軸方向移動的條件下，檢測在晶體表面自組織生長長程類布拉格 納米光柵結(jié)構(gòu)和納米顆粒結(jié)構(gòu)。
關(guān)于本發(fā)明中所試驗用的晶體錫化鋅晶體和氧化鋅晶體來說，錫化鋅晶體的折射率11=2.2;氧 化鋅晶體的析射率『2.52;按上式計算，其光柵周期A的理論值分別為179nm和159nm。


圖1為本發(fā)明的飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)方法系統(tǒng)裝置圖。 圖中1—飛秒激光器系統(tǒng)(美國相干公司，型號RegA9000);激光波長為800nm，脈 沖寬度為120fs，重復(fù)頻率為250KHz飛秒激光，脈沖最大能量為6|aJ，光強分布為高斯分布的線偏振光；2、 3—800nm反射鏡；4—中性濾色片；5-X/4波片；6~起偏器；7—光闌；8—
快門；9—雙色反射鏡；10—顯微鏡；ll一晶體樣品；12—計算機(jī)控制三維精密平臺；13—CCD;
14一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
圖2是錫化鋅晶體表面激光能量為lJ/cr^激光輻照0.1s后焦斑區(qū)域納米結(jié)構(gòu)表面掃描電鏡 圖，箭頭表示飛秒激光的偏振方向。
圖3是飛秒激光在錫化鋅晶體表面自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)(a)和納米顆粒(b)的掃描電鏡
圖。激光焦點不動、三維精密平臺以10，/s沿X軸方向移動、激光能量為lJ/cm2。
圖4是飛秒激光在錫化鋅晶體表面自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖，飛秒激光偏
振方向E與平臺移動方向S分別成(T45°(6),90"(c)。
圖5是飛秒激光在氧化鋅晶體表面自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖，飛秒激光偏
振方向E與平臺移動方向S分別成90。O)，45。(6),0。(c)。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例以錫化鋅晶體和氧化鋅晶體為試驗樣品。
實施例一采用圖1所示的裝置，試驗晶體為錫化鋅晶體，其兩面拋光，所采用的激光
能量為1J/cm2，小于錫化鋅晶體激光燒蝕閾值，激光輻照時間為O.ls，飛秒激光在錫化鋅晶 體表面自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)；并按前述方式飛秒激光系統(tǒng)裝置進(jìn)行檢測和鑒定。參見圖 2，從圖2中可看到其納米結(jié)構(gòu)分布在整個激光輻照區(qū)域。對于線偏振飛秒激光，觀察到具有 周期性結(jié)構(gòu)的納米光柵，當(dāng)改變飛秒激光的偏振方向時(圖中箭頭方向)，納米光柵結(jié)構(gòu)的取 向也隨之改變，參見圖2 (a)、圖2 (b)、圖2 (c);其重復(fù)周期為160士10nm。對于圓偏振 飛秒激光，觀測到均勻的納米顆粒，尺寸為150nm左右，參見圖2 (d)。
激光焦點不動，三維精密平臺以10nm/S沿X軸方向移動，激光能量為1J/cm2，在錫化 鋅晶體表面自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)，對于線偏振飛秒激光，自組織生長周期性長程納米光 柵結(jié)構(gòu)可參見圖3 (a)，對于圓偏振飛秒激光，自組織生長周期性長程納米光柵結(jié)構(gòu)可參見 圖3(b);改變飛秒激光的偏振方向，參見圖4，自組織生長長程納米光柵的取向隨之而變化， 當(dāng)飛秒激光偏振方向E與平臺移動方向S分別成O。 、 45° 、 90°時，自組織生長的長程納 米光柵的取向分別與平臺移動方向垂直，參見圖4 (a)、 45°傾斜，參見圖4 (b)、平行，參 見圖4 (c);其重復(fù)周期為160土10nm。
實施例二試驗晶體為氧化鋅晶體，其兩面拋光；檢測時，激光焦點不動，三維精密平臺以10nm/S沿X軸方向移動，激光能量為0.5J/cm2，小于氧化鋅晶體激光燒蝕閾值；對于
線偏振光，改變飛秒激光的偏振方向，自組織生長長程納米光柵的取向隨之而變化，當(dāng)飛秒
激光偏振方向E與平臺移動方向S分別成90。 、 45° 、 0°時，自組織生長的長程納米光柵 的取向分別與平臺移動方向平行，參見圖5 (a)、 45°傾斜，參見圖5 (b)、垂直，參見圖5 (c)，其重復(fù)周期為180土10nm。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于利用飛秒激光器系統(tǒng)，其波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復(fù)頻率為250KHz的飛秒激光；從激光器再生放大器中發(fā)出激光的脈沖最大能量為6μJ，光強分布為高斯分布的線偏振光；利用中性濾色片連續(xù)調(diào)節(jié)激光能量，通過λ/4波片后為圓偏振光；然后通過起偏器調(diào)節(jié)激光的偏振方向；利用20倍顯微物鏡將激光全聚到晶體表面，用快門控制飛秒激光輻照時間，飛秒激光在所述晶體表面誘導(dǎo)出自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光在晶體表面自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于 所述的線偏振飛秒激光垂直入射到晶體表面，根據(jù)激光光波與散射光波的干涉及用形成 機(jī)理在晶體表面形成的光柵周期A為A = A;式中A二800nm，為激光波長；n為晶體對于波長為800nm光的折射率；通過改變激光的偏振方向調(diào)節(jié)周期性微納米光柵結(jié)構(gòu)的取 向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用飛秒激光在晶體表面誘導(dǎo)出自組織生長微納米結(jié)構(gòu)的新方法，屬飛秒激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點是利用飛秒激光器系統(tǒng)裝置來進(jìn)行對不同晶體利用飛秒激光在其表面誘導(dǎo)出自組織生長長程納米結(jié)構(gòu)及對該結(jié)構(gòu)的方向取向的控制定。該飛秒激光器系統(tǒng)產(chǎn)生的激光波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復(fù)頻率為250KHz的飛秒激光，脈沖最大能量為6μJ，光強分布為高斯分布的線偏振光。通過掃描電子顯微鏡可看到該納米結(jié)構(gòu)分布在整個激光輻照區(qū)域；對于線偏振飛秒激光，還可看到具有周期性結(jié)構(gòu)的納米光柵。
文檔編號G01N21/41GK101319347SQ200810037730
公開日2008年12月10日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者果 葉, 郭青天, 鐘敏建, 馬寧華, 馬洪良 申請人:上海大學(xué)