【摘 要】
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亚微米级表面结构的制备是实现各种功能性表面的有效途径。目前常用的制备技术主要包括机械加工、物理化学刻蚀、激光刻蚀、激光诱导周期性表面结构、光刻等,但均难以实现亚微米级周期性表面结构的高效灵活制备。为解决此问题,本课题研制了一套新颖的激光动态干涉加工系统。
首先,本课题提出了激光动态干涉加工系统的设计方案,并对其工作原理进行了分析。通过设计光学干涉结构,实现了基于振镜控制的干涉光斑扫描。在此基础上,探究了相位掩模板结构对±1级衍射光效率的影响规律,研究了干涉光斑搭接过程中自行耦合特性的理论基础,分
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亚微米级表面结构的制备是实现各种功能性表面的有效途径。目前常用的制备技术主要包括机械加工、物理化学刻蚀、激光刻蚀、激光诱导周期性表面结构、光刻等,但均难以实现亚微米级周期性表面结构的高效灵活制备。为解决此问题,本课题研制了一套新颖的激光动态干涉加工系统。
首先,本课题提出了激光动态干涉加工系统的设计方案,并对其工作原理进行了分析。通过设计光学干涉结构,实现了基于振镜控制的干涉光斑扫描。在此基础上,探究了相位掩模板结构对±1级衍射光效率的影响规律,研究了干涉光斑搭接过程中自行耦合特性的理论基础,分析了激光偏振方向对干涉条纹对比度的影响规律。
其次,结合几何光学分析确定了光学干涉结构的设计参数,并基于此研究了相位掩模板的激光入射角度对于干涉光斑质量的影响,为系统中远心f-θ场镜的设计提供了参考。然后,结合数值模拟完善了系统设计。通过设计远心f-θ场镜,保证了场镜扫描激光与相位掩模板的垂直度,并通过对激光进行预整形,获得了形貌尺寸良好的聚焦干涉光斑。同时,结合数值模拟证明了光斑搭接过程中的自行耦合特性和激光偏振方向对干涉条纹对比度的影响规律。
最后,根据设计方案研制了该系统的实验装置,验证了系统设计的有效性。采用1064nm的皮秒激光,在ITO导电玻璃和镜面304不锈钢表面7×7mm2的区域内实现了动态干涉加工,获得了均匀的一维或二维周期性结构和各种结构色图案,结构周期为760nm,在两种材料上的一维结构刻蚀效率分别大于16mm2/s和8mm2/s。实验研究表明,该系统能够实现高分辨率的选择性加工,且具有可控、高效、大面积、低成本、无污染等制备优势,易于推广到亚微米级周期性表面结构的应用研究中。
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