基于法布里-珀羅腔產(chǎn)生飛秒激光脈沖串在硅表面誘導(dǎo)高質(zhì)量亞波長周期條紋（特邀）

許宇鋒，張羽嬋，蔣其麟，沈輝輝，賈天卿

（華東師范大學(xué) 精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241）

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飛秒激光誘導(dǎo)表面周期結(jié)構(gòu)（Laser-induced Periodic Surface Structures， LIPSS）能夠廣泛應(yīng)用于不同加工領(lǐng)域［1］，涉及半導(dǎo)體［2-4］、電介質(zhì)［5-7］、金屬［8-10］、聚合物［11，12］等各種材料。LIPSS 現(xiàn)主要分為兩類：周期Λ大于λ/2 的亞波長條紋（Near-Subwavelength Ripples， NSRs）和周期Λ小于λ/2 的深亞波長條紋（Deep-Subwavelength Ripples， DSRs），其中λ為入射激光波長。過去幾十年里，隨著理論以及實(shí)驗(yàn)工作的深入，研究人員觀察到這種周期性微納結(jié)構(gòu)可以改善材料表面性能，可用于材料表面浸潤性調(diào)控［13-15］、增強(qiáng)表面拉曼散射［16，17］、表面結(jié)構(gòu)色［2，18］、雙折射［19，20］和光存儲(chǔ)［21］等，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

通常認(rèn)為，NSRs 是由入射光激發(fā)材料表面等離激元（Surface Plasmon Polaritons， SPP），使得激光能量在材料表面周期性分布的結(jié)果［22-24］。誘導(dǎo)高質(zhì)量NSRs 目前還存在諸多問題，例如SPP 激發(fā)弱導(dǎo)致周期性能量沉積不足，條紋淺；剩余熱效應(yīng)較大，條紋易出現(xiàn)分叉，扭曲，甚至被淹沒；加工過程中碎屑沉積，條紋粗糙，顆粒感重。為了得到均勻性好、規(guī)則性高的高質(zhì)量NSRs，首要任務(wù)是控制和增強(qiáng)SPP。CAO Kaiqiang 等［25］利用雙光束干涉共振增強(qiáng)SPP 激發(fā)，在硅上加工出了大面積均勻光柵。JALIL S A 等［26］利用兩路不同延遲時(shí)間的共線飛秒激光脈沖在鎳表面制備出了高度均勻的大面積NSRs，認(rèn)為這種高度均勻性來源于SPP 傳播長度的減小。

飛秒激光誘導(dǎo)周期性納米結(jié)構(gòu)的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程。在飛秒激光照射到材料后的幾納秒內(nèi)，會(huì)發(fā)生載流子激發(fā)、載流子升溫、晶格升溫、等離子體噴出、納米顆粒噴出等一系列超快過程。……