超快復合脈沖燒蝕硅表面的偏振依賴性研究（特邀）

史慧強，姚倩，尹唯一，蘇子懷，余江，宋娟，林賢，戴曄

（1 上海大學 物理系， 上海 200444）

（2 江蘇大學 材料科學與工程學院， 鎮江 212013）

0 引言

自激光發明以來，有大量的研究關注于激光與硅的相互作用機制［1］。特別是20 世紀80 年代超快激光器的發明，研究人員針對其在硅表面誘導周期性結構（Laser Induced Periodic Surface Structures， LIPSS）的機制及應用已開展了集中研究［2-9］。從早期通過掃描電子顯微鏡觀察硅表面周期性納米結構［2］和單個脈沖燒蝕出的環形坑［3］，到如今通過超快成像技術直接觀察LIPSS 結構的產生過程［4］，并對其機制進行仿真模擬［5］，隨著研究逐步深入，LIPSS 結構也發展了一些新的應用，如親疏水表面制備［6］、“黑硅”［7］、選擇性著色［8］、大面積商用光柵［9］等。盡管超快激光加工硅表面LIPSS 結構的研究已經開展了較長時間，但在大面積結構制備中仍然存在加工效率低等問題，因此提升結構制備效率是一個亟待解決的問題。對此，已有一些探索可實現更高效和多樣性的LIPSS 制備［10］。當前僅通過調控單束飛秒脈沖的激光參數對加工效率的提高十分有限，使用復合雙脈沖組合已經被證明是一種提高加工質量［11］和效率［12-13］的有效策略。對于復合雙脈沖加工，兩束脈沖之間的偏振夾角和延遲時間［14］會對LIPSS 結構的加工效率產生較大的影響， JIANG Lan［15］和YANG Jianjun［16］等均使用正交偏振提升了LIPSS 結構的大規模制備效率。本課題組使用脈寬組合為120 fs+2 ps、子脈沖能量比為1∶1 的飛秒（fs）+皮秒（ps）復合雙脈沖（Fs+Ps Double-Pulse Sequence，FPDPS）輻照在ZnO 表面，在兩束脈沖偏振方向相同的情況下，發現單個FPDPS 中子脈沖的到達順序會影響低空間周期或高空間周期波紋的形成，這種FPDPS 為增強能量沉積提供了一種新的方法［17］?！?br>