一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法
技术领域
本发明属于微纳制造技术领域,具体涉及一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法。
背景技术
表面微纳结构应用广泛,其高效可控制备技术在过去十年里受到了高度关注。在功能薄膜表面制造微纳结构,对光电元件发光率、太阳能电池光电转换效率、生化传感、减反射表面、场发射器件、亲疏水表面等多个领域都有巨大的应用潜力。如作为现代半导体工业及微电子工业基石的半导体材料,对于推动现代社会的进步与高新科技发展起着不可估量的作用。飞秒激光作为超快加工方法,辐照在薄膜材料表层可以制造出大面积的均匀周期性结构,从而改变薄膜性能,但用传统的圆透镜加工时,由于聚焦光斑小,能量高斯分布明显,导致能量过于集中,从而极易损坏薄膜中间部分,且效率较低、不利于大面积加工,从而限制了薄膜表面微纳结构的应用发展。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法,在功能薄膜表面上制备均匀完整的周期结构,从而改变薄膜性能。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法,包括以下步骤:
1)先在玻璃基底1上溅射一层功能薄膜材料2;
2)将溅射有功能薄膜材料2的玻璃基底1固定在三坐标工作台3上,三坐标工作台3和加工光路系统配合,加工光路系统包括飞秒激光器5,飞秒激光器5输出的激光经过反射镜6反射后,再依次经过小孔光阑7、衰减片8、快门9和聚焦柱面镜10后能够垂直照射在功能薄膜材料2上,飞秒激光器5、衰减片8、快门9和三坐标工作台3通过与计算机4相连接进行控制;
3)先调节飞秒激光器5的输出激光波长为800nm,重频1KHz,脉宽120fs,通过小孔光阑7调节通光孔,衰减片8调节激光功率,使激光功率在150-300mw,快门9控制加工过程的进行,再通过焦距为75mm的聚焦柱面透镜10使光束聚焦成线光斑;
4)利用调节好的飞秒激光辐照玻璃基底1上的功能薄膜材料2,设定三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01-0.1mm/s,到达设定位置后回到加工起始点,水平Y向移动10mm,之后于X向平行方向运动,如此反复,加工路径为一条条平行的线段,从而制作出均匀的大面积周期结构。
本发明的有益效果为:激光通过聚焦柱面镜10聚焦为线光斑,光斑长宽比较大,面积较大,能量密度降低,减小了对功能薄膜材料2的烧蚀损伤,易于控制生成均匀的周期性结构,且在相应的参数下可以通过单次扫描得到整齐的三角形表面结构,简化了特殊结构的表面加工工艺;其次线光斑长宽比较大,从而可以提高加工效率,适用于大面积的表面微结构加工,从而改变功能薄膜性能。
附图说明
图1为实施例中CIGS的功能薄膜材料2、玻璃基底1分布及加工相对位置示意图。
图2为实施例中的加工光路系统示意图。
图3为实施例1中沿水平X向激光照射材料后,CIGS的功能薄膜材料2在低倍下可观察到明显的表面改变。
图4为实施例1中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图5为实施例1中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.05mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图6为实施例1中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.1mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图7为实施例2中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图8为实施例2中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.05mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图9为实施例2中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.1mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图10为实施例3中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图11为实施例3中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.05mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
图12为实施例3中激光照射CIGS的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.1mm/s,材料表面形成的均匀大面积周期结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例1,一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法,包括以下步骤:
1)先在玻璃基底1上溅射一层1.2μm厚CIGS吸光的功能薄膜材料2;
2)将溅射有CIGS吸光的功能薄膜材料2的玻璃基底1固定在三坐标工作台3上,三坐标工作台3和加工光路系统配合,加工光路系统包括飞秒激光器5,飞秒激光器5输出的激光经过反射镜6反射后,再依次经过小孔光阑7、衰减片8、快门9和聚焦柱面镜10后能够垂直照射在CIGS吸光的功能薄膜材料2上,飞秒激光器5、衰减片8、快门9和三坐标工作台3通过与计算机4相连接进行控制;
3)先调节飞秒激光器5的输出激光波长为800nm,重频1KHz,脉宽120fs,通过小孔光阑7调节通光孔,衰减片8调节激光功率,使激光功率在150mw,快门9控制加工过程的进行,再通过焦距为75mm的聚焦柱面透镜10使光束聚焦成线光斑;
4)利用调节好的飞秒激光辐照玻璃基底1上的CIGS吸光的功能薄膜材料2,设定三坐标工作台3水平X向运动速度分别为0.01、0.05、0.1mm/s,到达设定位置后回到加工起始点,水平Y向移动10mm,之后于X向平行方向运动,如此反复,加工路径为一条条平行的线段,从而制作出均匀的大面积周期结构。
如图3、图4、图5、图6所示,图3为本实施例中沿垂直方向激光照射材料后,CIGS吸光的功能薄膜材料2在低倍下可观察到明显的表面改变;图4为实施例中功率150mw,速度0.01mm/s激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,材料表面形成均匀的大面积波纹结构;图5为实施例中功率150mw,速度0.05mm/s激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,材料表面形成均匀的大面积三角形结构;图6为实施例中功率150mw,速度0.1mm/s激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,材料表面形成均匀的大面积周期性波纹结构。
实施例2,一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法,包括以下步骤:
1)先在玻璃基底1上溅射一层1.2μm厚的CIGS吸光的功能薄膜材料2;
2)将溅射有CIGS吸光的功能薄膜材料2的玻璃基底1固定在三坐标工作台3上,三坐标工作台3和加工光路系统配合,加工光路系统包括飞秒激光器5,飞秒激光器5输出的激光经过反射镜6反射后,再依次经过小孔光阑7、衰减片8、快门9和聚焦柱面镜10后能够垂直照射在CIGS吸光的功能薄膜材料2上,飞秒激光器5、衰减片8、快门9和三坐标工作台3通过与计算机4相连接进行控制;
3)先调节飞秒激光器5的输出激光波长为800nm,重频1KHz,脉宽120fs,通过小孔光阑7调节通光孔,衰减片8调节激光功率,使激光功率在200mw,快门9控制加工过程的进行,再通过焦距为75mm的聚焦柱面透镜10使光束聚焦成线光斑;
4)利用调节好的飞秒激光辐照玻璃基底1上的CIGS吸光的功能薄膜材料2,设定三坐标工作台3水平X向运动速度分别为为0.01、0.05、0.1mm/s,到达设定位置后回到加工起始点,水平Y向移动10mm,之后于X向平行方向运动,如此反复,加工路径为一条条平行的线段,从而制作出均匀的大面积周期结构。
如图7、图8、图9所示,图7为本实施例中功率200mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为速度0.01mm/s,材料表面形成均匀的大面积波纹结构;图8为实施例中功率200mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为速度0.05mm/s,材料表面形成均匀的大面积三角形结构;图9为实施例中功率200mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为速度0.1mm/s,材料表面形成均匀的大面积周期性波纹结构。
实施例3,一种用线光斑诱导制备大面积周期结构的方法,包括以下步骤:
1)先在玻璃基底1上溅射一层1.2μm厚的CIGS吸光的功能薄膜材料2;
2)将溅射有CIGS吸光的功能薄膜材料2的玻璃基底1固定在三坐标工作台3上,三坐标工作台3和加工光路系统配合,加工光路系统包括飞秒激光器5,飞秒激光器5输出的激光经过反射镜6反射后,再依次经过小孔光阑7、衰减片8、快门9和聚焦柱面镜10后能够垂直照射在CIGS薄膜2上,飞秒激光器5、衰减片8、快门9和三坐标工作台3通过与计算机4相连接进行控制;
3)先调节飞秒激光器5的输出激光波长为800nm,重频1KHz,脉宽120fs,通过小孔光阑7调节通光孔,衰减片8调节激光功率,使激光功率在300mw,快门9控制加工过程的进行,再通过焦距为75mm的聚焦柱面透镜10使光束聚焦成线光斑;
4)利用调节好的飞秒激光辐照玻璃基底1上的CIGS吸光的功能薄膜材料2,设定三坐标工作台3水平X向运动速度分别为为0.01、0.05、0.1mm/s,到达设定位置后回到加工起始点,水平Y向移动10mm,之后于X向平行方向运动,如此反复,加工路径为一条条平行的线段,从而制作出均匀的大面积周期周期结构。
如图10、图11、图12所示,图10为本实施例中功率300mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.01mm/s,材料表面形成均匀的大面积波纹结构;图11为实施例中功率300mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.05mm/s,材料表面形成均匀的大面积三角形结构;图12为实施例中功率300mw,激光照射CIGS吸光的功能薄膜材料2后,三坐标工作台3水平X向运动速度为0.1mm/s,材料表面形成均匀的大面积周期性波纹结构。