CN105728945A - 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底 - Google Patents

一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底 Download PDF

Info

Publication number
CN105728945A
CN105728945A CN201610127866.8A CN201610127866A CN105728945A CN 105728945 A CN105728945 A CN 105728945A CN 201610127866 A CN201610127866 A CN 201610127866A CN 105728945 A CN105728945 A CN 105728945A
Authority
CN
China
Prior art keywords
enhanced raman
double pulses
raman substrate
femtosecond
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610127866.8A
Other languages
English (en)
Inventor
姜澜
许永达
李欣
孟革
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610127866.8A priority Critical patent/CN105728945A/zh
Publication of CN105728945A publication Critical patent/CN105728945A/zh
Priority to CN201611018428.4A priority patent/CN106975841A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568—Modifying rugosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/704—Beam dispersers, e.g. beam wells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明涉及一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，属于飞秒激光应用技术领域。本发明利用飞秒激光双脉冲，在不同延时下，直接在空气环境下加工金属基底，其中所述加工采用的金属为金、银、铜，无需其他辅助环境，从而得到表面附着金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底。本发明克服了传统制备表面增强拉曼基底方法存在的步骤繁琐、费用昂贵、污染环境、均匀性差等缺点。

Description

一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底
技术领域
本发明涉及一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，属于飞秒激光应用技术领域。
背景技术
表面拉曼增强散射Surface-enhancedRamanscattering(简称SERS)是一种光学增强效应，可以将吸附在基底上分子的微弱信号增强102-1014倍。因此，表面拉曼增强散射技术在物理、化学、医学、环境监测等方面具有很大的发展潜力。传统的表面增强拉曼基底的制备方法有离子束刻蚀法、离子束溅射沉积法、真空镀膜、化学合成法等方法，但这些方法存在步骤繁琐、费用昂贵、污染环境、均匀性差等缺点。随着飞秒激光技术的不断发展，飞秒激光加工表面微纳结构成为一种简便、有效的表面加工技术，也为制备表面增强拉曼基底提供了一种新的思路。
贵金属纳米粒子可以产生较强的表面拉曼增强效应。在文章“Cheng-HsiangLin,LanJiang,andHai-LungTsai,Opt.Lett.35,7(2010)”中作者利用纳秒激光对镀在硅表面的金膜进行加热，产生了金纳米颗粒，通过调节参数调控了金纳米颗粒的粒径分布，从而使其产生了较强的拉曼增强效应。在文献“Ning,Zhang,Xin,Li,Lan,Jiang,Xuesong,Shi,Cong,Li,Yongfeng,Lu.Opt.Lett.38,18(2013)”中，作者利用飞秒激光还原硝酸银，在硅的表面产生了银纳米颗粒，从而得到了表面拉曼增强基底。然而上述两种产生贵金属纳米粒子的方法加工周期较长，离子镀膜费用较高，光化学还原法容易对环境产生污染。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统制备表面增强拉曼基底存在的步骤繁琐、费用昂贵、污染环境、均匀性差等缺点，提出了一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，利用飞秒激光双脉冲，在不同延时下，直接在空气环境下加工金属基底，其中所述加工采用的金属为金、银、铜，无需其他辅助环境，从而得到表面附着金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底。
本发明的目的是通过以下技术来实现的：
一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，即在空气中利用飞秒激光双脉冲一步法加工得到附着有金属纳米颗粒的加工区域，无需其他辅助环境，包括如下步骤：
步骤一，通过分束合束，将传统的飞秒激光脉冲在时域上调制为飞秒激光双脉冲，且两个子脉冲的时间间隔可以调节；
步骤二，将金属基底放置在六轴平移台上，通过照明系统和CCD系统，使步骤一得到的飞秒激光聚焦到金属的表面；
步骤三，采用步骤一中所得到的飞秒激光双脉冲在空气中对金属基底进行加工，使其表面产生金属纳米颗粒，进而得到均匀、高效的表面增强拉曼基底。
装置包括：飞秒激光器；第一半波片；第一偏振片；分束镜；第一反射镜；第二反射镜；第三反射镜；光快门；第二半波片；第二偏振片；二向色镜；CCD成像系统；计算机；六轴平移台；样品；物镜。
连接关系：飞秒激光器产生飞秒激光经过第一半波片和第一偏振片初步降低能量后，经过分束镜被分成两束激光，两束激光分别由第一反射镜和第二反射镜反射返回至分束镜进行合束，再经过反射镜，通过光快门，经由第二半波片和第二偏振片精细地调节能量后，通过反射镜，由物镜聚焦到样品表面，样品固定于六轴平移台上，通过CCD成像系统进行观察。其中，飞秒激光器、第一反射镜、光快门、六轴平移台均通过计算机进行控制。
工作过程为：
步骤一：飞秒激光器产生激光。
步骤二：激光通过分束合束后产生脉冲序列，且脉冲序列延时可调节，之后通过物镜聚焦到样品表面。
步骤三：通过计算机控制得到不同的脉冲延时，同时通过半波片和偏振片调节能量，控制六轴平移台对金属银进行加工。
有益效果
1.本发明利用飞秒激光双脉冲在空气中一步法加工金属表面，步骤简单，对环境没有污染。
2.本发明制备的表面增强拉曼基底均匀性良好，可以进行快速制备。
附图说明
图1为本发明的步骤示意图。
图2为飞秒激光加工光路。
其中，1-飞秒激光器；2-第一半波片；3-第一偏振片；4-分束镜；5-第一反射镜；6-第二反射镜；7-第三反射镜；8-光快门；9-第二半波片；10-第二偏振片；11-二向色镜；12-CCD成像系统；13-计算机；14-六轴平移台；15-样品；16-物镜。
图3为本实施例的飞秒激光脉冲序列加工得到的表面增强拉曼基底的结构示意图。
其中，1-银纳米颗粒；2-金属银基底。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
飞秒激光系统采用美国光谱物理(SpectrumPhysics)公司生产的激光器，产生的飞秒激光为线偏振，中心波长800nm，脉冲宽度35fs，重复频率1KHz，单脉冲最大能量3mJ，光强分布为高斯型。
本实施例是在图2所示的光路图中实施，首先飞秒激光器产生飞秒激光经过第一半波片和第一偏振片初步降低能量后，经过分束镜被分成两束激光，两束激光分别由第一反射镜和第二反射镜垂直反射返回至分束镜进行合束，再经过反射镜，通过光快门，经由第二半波片和第二偏振片精细地调节能量后，通过反射镜，由物镜聚焦到样品表面，样品固定于六轴平移台上，通过CCD成像系统进行观察。其中，飞秒激光器、第一反射镜、光快门、六轴平移台均通过计算机进行控制。
实验选择的材料为金属银，规格是10mm×10mm×1mm，双面进行光学级抛光，表面粗糙度小于10埃。
步骤如图1所示。
步骤一：飞秒激光器产生激光。
步骤二：飞秒激光经过分束合束光路，产生飞秒激光双脉冲，之后通过物镜聚焦到样品表面。
步骤三：通过计算机控制得到脉冲延时为3ps，同时通过半波片和偏振片调节合适的能量为0.28J/cm2，扫在描速度为200μm/s下对样品表面进行“S”形路线加工，在样品表面直接得到银纳米颗粒。
步骤四：用去离子水清洗加工过的样品表面，干燥，得到表面增强拉曼基底。最终得到的表面增强拉曼基底如图3所示。
本实施例克服了传统制备表面增强拉曼基底方法存在的步骤繁琐、费用昂贵、污染环境、均匀性差等缺点，利用飞秒激光双脉冲，直接在空气环境下加工金属银基底，从而得到表面附着银纳米颗粒的表面增强拉曼基底，其增强因子可以达到109。

Claims (2)

1.一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，其特征在于：利用飞秒激光双脉冲，在不同延时下，直接在空气环境下加工金属基底，无需其他辅助环境，从而得到表面附着金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底；包括步骤如下：
步骤一，通过分束合束，将传统的飞秒激光脉冲在时域上调制为飞秒激光双脉冲，且两个子脉冲的时间间隔可以调节；
步骤二，将金属基底放置在六轴平移台上，通过照明系统和CCD系统，使步骤一得到的飞秒激光聚焦到金属的表面；
步骤三，采用步骤一中所得到的飞秒激光双脉冲在空气中对金属基底进行加工，使其表面产生金属纳米颗粒，进而得到均匀、高效的表面增强拉曼基底。
2.根据权利要求1所述的一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底，其特征在于：所述加工采用的金属为金、银、铜。
CN201610127866.8A 2016-03-07 2016-03-07 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底 Pending CN105728945A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610127866.8A CN105728945A (zh) 2016-03-07 2016-03-07 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底
CN201611018428.4A CN106975841A (zh) 2016-03-07 2016-11-16 飞秒激光双脉冲空气中一步法制备金属拉曼基底

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610127866.8A CN105728945A (zh) 2016-03-07 2016-03-07 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105728945A true CN105728945A (zh) 2016-07-06

Family

ID=56249375

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610127866.8A Pending CN105728945A (zh) 2016-03-07 2016-03-07 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底
CN201611018428.4A Pending CN106975841A (zh) 2016-03-07 2016-11-16 飞秒激光双脉冲空气中一步法制备金属拉曼基底

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611018428.4A Pending CN106975841A (zh) 2016-03-07 2016-11-16 飞秒激光双脉冲空气中一步法制备金属拉曼基底

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN105728945A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107538017A (zh) * 2017-08-21 2018-01-05 北京理工大学 一种光生电子还原制备金属‑二硫化钼复合结构的方法
CN108226123A (zh) * 2017-12-12 2018-06-29 华南师范大学 一种飞秒激光制备表面增强拉曼散射基底的方法
CN108436253A (zh) * 2018-02-26 2018-08-24 北京航空航天大学 一种sers-荧光双模式金属增强基底的制备方法
CN109848547A (zh) * 2019-04-08 2019-06-07 北京理工大学 飞秒激光高效稳定改性透明材料均匀成丝方法
CN110280776A (zh) * 2019-04-15 2019-09-27 清华大学 基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统
CN112130439A (zh) * 2020-09-25 2020-12-25 北京理工大学 一种基于飞秒激光制备的可变防伪计算机全息图
CN115770945A (zh) * 2021-09-06 2023-03-10 长春理工大学 一种精确设计的双脉冲飞秒激光制备纳米孔的加工方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110026684B (zh) * 2019-04-24 2020-08-11 北京理工大学 一种飞秒激光制备体状二硫化钼表面拉曼增强基底的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006212646A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Canon Machinery Inc 周期構造作成方法
CN103862171B (zh) * 2014-03-28 2016-04-20 南开大学 双波长飞秒激光制备二维周期金属颗粒阵列结构的方法
CN103994830B (zh) * 2014-04-24 2017-01-18 南开大学 一种获得双脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的方法和系统
CN204771160U (zh) * 2015-06-26 2015-11-18 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 一种高深径比微孔的制备装置
CN105088231B (zh) * 2015-08-25 2017-12-08 华东理工大学 一种表面增强拉曼散射基底的简易制备方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107538017A (zh) * 2017-08-21 2018-01-05 北京理工大学 一种光生电子还原制备金属‑二硫化钼复合结构的方法
CN107538017B (zh) * 2017-08-21 2020-04-21 北京理工大学 一种光生电子还原制备金属-二硫化钼复合结构的方法
CN108226123A (zh) * 2017-12-12 2018-06-29 华南师范大学 一种飞秒激光制备表面增强拉曼散射基底的方法
CN108226123B (zh) * 2017-12-12 2021-02-23 华南师范大学 一种飞秒激光制备表面增强拉曼散射基底的方法
CN108436253A (zh) * 2018-02-26 2018-08-24 北京航空航天大学 一种sers-荧光双模式金属增强基底的制备方法
US20190262947A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-29 Beihang University Fabrication of Fluorescence-Raman Dual Enhanced Modal Biometal Substrate
CN108436253B (zh) * 2018-02-26 2020-07-17 北京航空航天大学 一种sers-荧光双模式金属增强基底的制备方法
CN109848547A (zh) * 2019-04-08 2019-06-07 北京理工大学 飞秒激光高效稳定改性透明材料均匀成丝方法
CN110280776A (zh) * 2019-04-15 2019-09-27 清华大学 基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统
CN112130439A (zh) * 2020-09-25 2020-12-25 北京理工大学 一种基于飞秒激光制备的可变防伪计算机全息图
CN115770945A (zh) * 2021-09-06 2023-03-10 长春理工大学 一种精确设计的双脉冲飞秒激光制备纳米孔的加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106975841A (zh) 2017-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105728945A (zh) 一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底
CN108568594B (zh) 基于类等离子体透镜效应调控晶硅表面波纹结构的方法
CN107243697B (zh) 一种无掩膜的飞秒激光制造超疏水及抗反射表面的方法
CN105499792B (zh) 基于双波长飞秒激光电子动态调控硅表面纳米柱制备方法
Vorobyev et al. Direct femtosecond laser surface nano/microstructuring and its applications
CN108015410A (zh) 一种基于飞秒激光诱导无定形GemSbnTek薄膜制备晶态纳米结构的方法
CN108213718B (zh) 一种飞秒激光调控GemSbnTek晶态纳米结构几何形态方法
CN107132210B (zh) 一种基于电子动态调控的表面增强拉曼的基底制造方法
CN109434289B (zh) 一种可调谐相变纳米结构超表面的飞秒激光制造方法
CN106735947A (zh) 一种高效可控加工大面积硅微纳结构的方法
CN102285635A (zh) 一种利用激光制作金属微纳结构的系统与方法
CN105220117B (zh) 一种金属纳米粒子有序微结构的制备方法
CN107971628A (zh) 基于飞秒激光电子动态调控定制金属铜表面周期结构的方法
He et al. Maskless laser nano-lithography of glass through sequential activation of multi-threshold ablation
CN104949959A (zh) 一种大面积表面增强拉曼光谱单晶硅基底的快速制备方法
CN106744662A (zh) 一种利用电子动态调控制备硅纳米线结构的方法
TW202030046A (zh) 濾光片的雷射切割方法及裝置
CN109822222A (zh) 一种利用低脉冲能量飞秒激光快速制备微凹透镜阵列的方法
WO2016015599A1 (zh) 一种大面积表面增强拉曼光谱单晶硅基底的快速制备方法
Smirnov et al. Femtosecond laser ablation of a thin silver film in air and water
Han et al. Parametric optimization of hole taper control in ultraviolet nanosecond laser micro-drilling of copper foil
Yin et al. Ablation enhancement by femtosecond laser irradiation assisted with a microtorch for microgrooves fabrication in PMMA
CN113113289A (zh) 一种远/近场协同整形飞秒激光制备可控硅纳米线的方法
CN104625420A (zh) 一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法
Peng et al. Laser-based defect characterization and removal process for manufacturing fused silica optic with high ultraviolet laser damage threshold

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160706

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication