雙束延時飛秒激光調控制備二維亞波長周期陣列結構

趙波，黃振芬，楊建軍

（1 長治學院 物理系， 長治 046011） （2 中科潞安紫外光電科技有限公司， 長治 046000） （3 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 發光學及應用國家重點實驗室微納光子學與材料國際實驗室， 長春 130033）

0 引言

當線性偏振飛秒激光照射材料表面且能量接近材料燒蝕閾值時，在光斑曝光區域會形成一組周期刻槽，其排列方向與入射激光偏振方向垂直或平行，空間周期可突破衍射極限達到亞波長甚至深亞波長量級，該現象稱為飛秒激光誘導周期表面結構（Femtosecond Laser Induced Periodic Surface Structures，Fs-LIPSSs）［1-2］。Fs-LIPSSs 形成機制存在兩種不同的理論觀點：一是飛秒激光與其在材料表面激發表面電磁波的干涉理論；另一種是飛秒激光激發材料表面熔融層熱流體動力學的自組織理論［1-2］。Fs-LIPSSs 能夠改變材料表面固有的物化特性，賦能新應用，例如表面著色、減反射、減摩擦、超疏水、抗菌、生物相容性等［3-8］。Fs-LIPSSs 作為一種新的納米結構制備技術，與傳統商業化的光子、離子和電子等納米刻蝕技術相比［9-10］，具有成本低、操作簡單、無掩模、一步成型且無材料限制等優點。

目前，單束激光產生的Fs-LIPSSs 存在形貌單一和空間排列規則性差等問題，嚴重制約飛秒激光納米制備技術的快速發展和應用。盡管采用飛秒激光二次交叉掃描法和多光束干涉法可獲得二維周期陣列結構［11-12］，但存在制備過程復雜，結構形貌規整性差和結構周期為微米量級等缺點。考慮Fs-LIPSSs 形成過程先后經歷電子熱化、電子-晶格熱傳遞、材料表面熔化及熱流體動力學、冷卻和凝固等諸多瞬態物態變化的超快動力學過程［13-14］，研究人員提出了利用多束延時飛秒激光作用在材料非平衡態下靈活調控制備周期表面結構［15-25］。……