CN113102892A - 利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法。本发明利用飞秒激光在纳米级结构附近的近场增强和钛的局部氧化得到二氧化钛纳米锥，进而通过控制激光偏振和钛片运动，在钛片表面加工图案化的二氧化钛纳米结构。本方法确定了飞秒激光的重复频率、能量通量，线偏振飞秒激光垂直入射到钛片表面时，得到二氧化钛纳米凸起结构，能量过低或加工时间过短无法实现钛的氧化，而能量过高或加工时间过长将会造成材料烧蚀。与已有的二氧化钛纳米材料制备方法相比，本方法具有高精度、高灵活性优点，可实现纳米级图案化二氧化钛的制备，利用了钛的局部氧化并结合近场增强，得到了二氧化钛纳米凸起结构。

Description

利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法
技术领域
本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法。
背景技术
二氧化钛(TiO2)是一种多功能材料，具有独特的光学、电学及物理性质，随着纳米科技的发展，二氧化钛纳米材料已被广泛应用于半导体、传感器、介电材料等领域。目前，人们普遍以偏酸钛、四氯化钛为前驱体，通过焙烧或气相氧化等方法获得二氧化钛纳米颗粒或通过阳极氧化法在钛表面生长二氧化钛纳米管阵列，但上述方法只能获得随机分布的纳米颗粒或铺满整个钛片的二氧化钛纳米管阵列。近年来，图案化二氧化钛纳米凸起结构因在显示、信息隐写等领域的应用潜力而受到人们的关注，但传统方法无法直接得到图案化的二氧化钛纳米凸起结构。
飞秒激光是一种具有广泛应用前景的微纳加工方法，几乎可以对所有材料表面进行高精度的烧蚀加工。CN111168232A报道了一种利用飞秒激光进行纳米精度制备的方法，但该方法只能用于材料去除，是在材料表面烧蚀加工出凹槽结构，目前尚缺乏一种直接在钛表面加工纳米凸起结构的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法，利用飞秒激光在纳米级结构附近的近场增强和钛的局部氧化得到二氧化钛纳米锥，进而通过控制激光偏振和钛片运动，在钛片表面加工图案化的二氧化钛纳米结构，以解决传统方法无法在钛表面直接加工二氧化钛纳米结构的技术难题。
本发明提出的利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统，包括飞秒激光器、电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜、钛片、二维平移台、六自由度平移台、半透半反镜、照明光源、成像透镜、相机及计算机，待加工钛片置于所述的二维平移台上；所述的照明光源发出的白光依次通过半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜后照射到待加工的钛片表面，构成照明系统；所述的钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上，构成成像系统；所述的高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到钛片表面，构成加工光路；所述的加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜后重合，成像系统与照明系统在钛片与半透半反镜之间重合；所述的计算机通过数据线分别与电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、二维平移台、六自由度平移台和相机连接。
本发明提出的利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的方法，包括以下步骤：
(1)搭建一个利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统，该系统包括飞秒激光器、电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜、二维平移台、六自由度平移台、半透半反镜、照明光源、成像透镜、相机及计算机，待加工钛片置于所述的二维平移台上；所述的照明光源发出的白光依次通过半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜后照射到待加工的钛片表面，构成照明系统；所述的钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上，构成成像系统；所述的高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到钛片表面，构成加工光路；所述的加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜后重合，成像系统与照明系统在钛片与半透半反镜之间重合；所述的计算机通过数据线分别与电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、二维平移台、六自由度平移台和相机连接；
(2)样品的安装：
(2-1)将表面抛光的钛片安装到二维平移台上，再将装有钛片的二维平移台固定到六自由度平移台上；
(2-2)打开照明光源，使得照明光源发出的照明光通过由半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜组成的照明系统照射到待加工的钛片表面，通过调节六自由度平移台的高度使得钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上且图像清晰，实现对焦；
(2-3)在待加工的样品边缘选取四个特征点，调节六自由度平移台绕水平方向两条轴线的转动，使得通过二维平移台将四个特征点移动到成像区域中心时均能在显示器得到清晰的图像，实现样品的调平。
(3)二氧化钛纳米锥的加工：高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到待加工钛片表面；所述的高重频飞秒激光的波长为800nm、重复频率为80MHz、脉冲宽度为50fs，且激光为线偏振光；通过调节电控中性密度衰减片，使得激光能量通量为6.6×1012～9.9×1012W/cm2，通过电控快门控制曝光时间为0.5～0.8s，在钛片表面获得二氧化钛纳米锥；
(4)二氧化钛纳米线的加工：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，控制二维平移台带动钛片沿着飞秒激光脉冲序列的偏振方向运动，运动速度设置为1μm/s～100μm/s，在钛片表面获得二氧化钛纳米线；
或：图案化的二氧化钛纳米结构的加工：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，通过计算机实时控制电控半波片的转角，以控制激光偏振方向，同时控制二维平移台带动钛片按照设定好的轨迹运动，速度为1μm/s～100μm/s。上述过程中，使得飞秒激光脉冲序列的偏振方向与钛片移动方向始终平行，从而获得图案化的二氧化钛纳米结构，所述图案化的二氧化钛纳米结构为凸起结构。
本发明提出的一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法，其优点是：
1、本发明方法与已有的二氧化钛纳米材料制备方法相比，是一种高精度、高灵活性的加工方法，可实现纳米级图案化二氧化钛的制备。
2、本发明方法与传统的飞秒激光烧蚀去除材料的加工方法相比，利用了钛的局部氧化并结合近场增强，得到了二氧化钛纳米凸起结构。
3、本发明方法确定了重复频率为80MHz、能量通量为6.6×1012～9.9×1012W/cm2的线偏振飞秒激光垂直入射到钛片表面0.5～0.8s时，可以得到宽度为300～330nm，高度为100～150nm的二氧化钛纳米凸起结构，能量过低或加工时间过短无法实现钛的氧化，而能量过高或加工时间过长将会造成材料烧蚀。
附图说明
图1是本发明提出的一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统示意图。
图1中，1是高重频飞秒激光器，2是电控快门，3是电控半波片，4是电控中性密度衰减片，5是超快激光反射镜，6是高倍物镜，7是钛片，8是二维平移台，9是六自由度平移台，10是半透半反镜，11是照明光源，12是成像透镜，13是相机，14是计算机。
图2是步骤(2-3)所述的调平过程示意图。
图2中，15-18是所确定的四个特征点。
图3是本发明提出的一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的方法示意图。
图3中，19是飞秒激光脉冲序列，20是二氧化钛纳米锥，21是二氧化钛纳米线，22是图案化的二氧化钛纳米结构。
图4是实施例1中激光加工后所得的凸起的二氧化钛纳米线的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提出的利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统的一个实施例的结构如图1所示，包括高重频飞秒激光器1、电控快门2、电控半波片3、电控中性密度衰减片4、超快激光反射镜5和高倍物镜6、钛片7、二维平移台8、六自由度平移台9、半透半反镜10、照明光源11、成像透镜12、相机13及计算机14。待加工的钛片7置于所述的二维平移台8上。照明光源11发出的照明光依次通过半透半反镜10、超快激光反射镜5和高倍物镜6后照射到待加工的钛片7表面，构成照明系统；所述钛片7表面反射的照明光依次通过高倍物镜6、超快激光反射镜5、半透半反镜10和成像透镜12后照射到相机13上，最终通过数据线成像到计算机14的显示器上，构成成像系统；所述高重频飞秒激光器1出射的飞秒激光脉冲序列19依次经过电控快门2、电控半波片3、电控中性密度衰减片4、超快激光反射镜5和高倍物镜6后聚焦到钛片7表面，构成加工光路。加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜5后重合，成像系统与照明系统在钛片7与半透半反镜10之间重合，所述的计算机14通过数据线分别与电控快门2、电控半波片3、电控中性密度衰减片4、二维平移台7、六自由度平移台9和相机13连接。
本发明提出的一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的方法，包括以下步骤：
首先搭建如图1所示的一个利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统；
在图1所示的系统上进行如下操作：
(1)样品的安装：
(1-1)将表面抛光的钛片7安装到二维平移台8上，再将装有钛片7的二维平移台8固定到六自由度平移台9上；
(1-2)打开照明光源11，使得照明光源11发出的照明光通过由半透半反镜10、超快激光反射镜5和高倍物镜6组成的照明系统照射到待加工钛片7的表面，通过调节六自由度平移台9的高度使得钛片7的表面反射的照明光依次通过高倍物镜6、超快激光反射镜5、半透半反镜10和成像透镜12后照射到相机13上，最终通过数据线成像到计算机14的显示器上且图像清晰，实现对焦；
(1-3)在待加工的钛片7边缘选取四个特征点15-18，调节六自由度平移台9绕水平方向两条轴线(x、y轴)的转动，使得通过二维平移台8将四个特征点15-18移动到成像区域中心时均能在显示器得到清晰的图像，实现样品的调平。
(2)二氧化钛纳米锥20的加工：高重频飞秒激光器1出射的飞秒激光脉冲序列19依次经过电控快门2、电控半波片3、电控中性密度衰减片4、超快激光反射镜5和高倍物镜6后聚焦到待加工钛片7表面。所述的高重频飞秒激光的波长为800nm、重复频率为80MHz、脉冲宽度为50fs，且激光为线偏振光。通过调节电控中性密度衰减片4使得激光能量通量为6.6×1012～9.9×1012W/cm2，通过电控快门2控制曝光时间为0.5～0.8s，在钛片7表面获得二氧化钛纳米锥20。
(3)二氧化钛纳米线21的加工：在步骤(2)完成二氧化钛纳米锥20的加工后，控制二维平移台8带动钛片7沿着飞秒激光脉冲序列19的偏振方向运动，运动速度设置为1μm/s～100μm/s，在钛片7表面获得二氧化钛纳米线21，所述二氧化钛纳米线21为凸起结构，二氧化钛纳米线21的长度由二维平移台8的运动距离确定。
或：图案化的二氧化钛纳米结构22的加工：在步骤(2)完成二氧化钛纳米锥20的加工后，通过计算机14实时控制电控半波片3的转角，以控制激光偏振方向，同时控制二维平移台8带动钛片7按照设定好的图案化轨迹运动，运动速度为1μm/s～100μm/s。上述过程中，使得飞秒激光脉冲序列19的偏振方向与钛片8移动方向始终平行，从而获得图案化的二氧化钛纳米结构22，所述图案化的二氧化钛纳米结构22为凸起结构。
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步介绍。
实施例1
(1)样品的安装：
(1-1)将表面抛光的钛片7安装到二维平移台8上，再将装有钛片7的二维平移台8固定到六自由度平移台9上；
(1-2)打开照明光源11，使得照明光源11发出的照明光通过由半透半反镜10、超快激光反射镜5和高倍物镜6组成的照明系统照射到待加工钛片7表面，通过调节六自由度平移台9的高度使得钛片7表面反射的照明光依次通过高倍物镜6、超快激光反射镜5、半透半反镜10和成像透镜12后照射到相机13上，最终通过数据线成像到计算机14的显示器上且图像清晰，实现对焦，采用的高倍物镜6为100倍长工作距离物镜；
(1-3)在待加工的样品7边缘选取四个特征点15-18，调节六自由度平移台9绕水平方向两条轴线(x、y轴)的转动，使得通过二维平移台8将四个特征点15-18移动到成像区域中心时均能在显示器得到清晰的图像，实现样品的调平，如图2所示。
(2)二氧化钛纳米锥20的加工：高重频飞秒激光器1出射的飞秒激光脉冲序列19依次经过电控快门2、电控半波片3、电控中性密度衰减片4、超快激光反射镜5和高倍物镜6后聚焦到待加工钛片7表面。所述的高重频飞秒激光的波长为800nm、重复频率为80MHz、脉冲宽度为50fs，且激光为线偏振光。通过调节电控中性密度衰减片4使得激光能量通量为8×1012W/cm2，通过电控快门2控制曝光时间为0.7s，在钛片7表面获得二氧化钛纳米锥20，所得二氧化钛纳米锥的宽度为300nm，长度为600nm，高度为100nm。
(3)二氧化钛纳米线21的加工：在步骤(2)完成二氧化钛纳米锥20的加工后，控制二维平移台8带动钛片7沿着飞秒激光脉冲序列的偏振方向运动，速度设置为10μm/s，在钛片7表面获得二氧化钛纳米线21。图4是所得二氧化钛纳米线的扫描电镜图，其宽度为330nm，高度为150nm。
图案化的二氧化钛纳米结构22加工：在步骤(2)完成二氧化钛纳米锥20的加工后，通过计算机14实时控制电控半波片3的转角，以控制激光偏振方向，同时控制二维平移台8带动钛片7按照设定好的图案化轨迹运动，速度为10μm/s。上述过程中，使得飞秒激光脉冲序列19的偏振方向与钛片8移动方向始终平行，从而获得图案化的二氧化钛纳米结构22，其高度为150nm。如图3中所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统，其特征在于该系统包括飞秒激光器、电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜、二维平移台、六自由度平移台、半透半反镜、照明光源、成像透镜、相机及计算机，待加工钛片置于所述的二维平移台上；所述的照明光源发出的白光依次通过半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜后照射到待加工的钛片表面，构成照明系统；所述的钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上，构成成像系统；所述的高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到钛片表面，构成加工光路；所述的加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜后重合，成像系统与照明系统在钛片与半透半反镜之间重合；所述的计算机通过数据线分别与电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、二维平移台、六自由度平移台和相机连接。
2.一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)搭建一个如权利要求1所述的利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统，该系统包括飞秒激光器、电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜、钛片、二维平移台、六自由度平移台、半透半反镜、照明光源、成像透镜、相机及计算机；所述的照明光源发出的白光依次通过半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜后照射到待加工的钛片表面，构成照明系统；所述的钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上，构成成像系统；所述的高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到钛片表面，构成加工光路；所述的加工光路、照明系统在经过超快激光反射镜后重合，成像系统与照明系统在钛片与半透半反镜之间重合；所述的计算机通过数据线分别与电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、二维平移台、六自由度平移台和相机连接；
(2)样品的安装：
(2-1)将表面抛光的钛片安装到二维平移台上，再将装有钛片的二维平移台固定到六自由度平移台上；
(2-2)打开照明光源，使得照明光源发出的照明光通过由半透半反镜、超快激光反射镜和高倍物镜组成的照明系统照射到待加工的钛片表面，通过调节六自由度平移台的高度使得钛片表面反射的照明光依次通过高倍物镜、超快激光反射镜、半透半反镜和成像透镜后照射到相机上，最终通过数据线成像到计算机的显示器上且图像清晰，实现对焦；
(2-3)在待加工的样品边缘选取四个特征点，调节六自由度平移台绕水平方向两条轴线的转动，使得通过二维平移台将四个特征点移动到成像区域中心时均能在显示器得到清晰的图像，实现样品的调平。
(3)二氧化钛纳米锥的加工：高重频飞秒激光器出射的飞秒激光脉冲序列依次经过电控快门、电控半波片、电控中性密度衰减片、超快激光反射镜和高倍物镜后聚焦到待加工钛片表面；所述的高重频飞秒激光的波长为800nm、重复频率为80MHz、脉冲宽度为50fs，且激光为线偏振光；通过调节电控中性密度衰减片，使得激光能量通量为6.6×1012～9.9×1012W/cm2，通过电控快门控制曝光时间为0.5～0.8s，在钛片表面获得二氧化钛纳米锥；
(4)二氧化钛纳米线的加工：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，控制二维平移台带动钛片沿着飞秒激光脉冲序列的偏振方向运动，运动速度设置为1μm/s～100μm/s，在钛片表面获得二氧化钛纳米线；
或：图案化的二氧化钛纳米结构的加工：在步骤(3)完成二氧化钛纳米锥的加工后，通过计算机实时控制电控半波片的转角，以控制激光偏振方向，同时控制二维平移台带动钛片按照设定好的轨迹运动，速度为1μm/s～100μm/s。上述过程中，使得飞秒激光脉冲序列的偏振方向与钛片移动方向始终平行，从而获得图案化的二氧化钛纳米结构，所述图案化的二氧化钛纳米结构为凸起结构。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113560712A (zh) * 2021-07-14 2021-10-29 北京理工大学 一种超快激光加工制备二维材料纳米结构的方法
CN113732488A (zh) * 2021-08-17 2021-12-03 清华大学 一种利用飞秒激光加工金属氧化物纳米光栅的方法及系统
CN113916855A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 深圳大学 一种显微成像装置
CN114178686A (zh) * 2021-08-17 2022-03-15 清华大学 飞秒激光加工的双重二氧化钛纳米光栅防伪结构及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101327548A (zh) * 2008-06-25 2008-12-24 天津大学 高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机
CN102059451A (zh) * 2010-11-08 2011-05-18 北京理工大学 纳飞秒双激光复合加工系统
KR20130076440A (ko) * 2011-12-28 2013-07-08 주식회사 이오테크닉스 레이저 절단 장치 및 절단 방법
CN103934576A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 北京理工大学 一种飞秒激光诱导材料表面二维周期性结构的方法
CN109954987A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 清华大学 一种利用飞秒激光在单根蚕丝表面加工纳米盲孔的方法
CN110695515A (zh) * 2019-09-18 2020-01-17 清华大学 利用飞秒激光在蚕丝薄膜上加工纳米锥阵列的方法及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101327548A (zh) * 2008-06-25 2008-12-24 天津大学 高重复频率光子晶体光纤紫外超短脉冲激光加工机
CN102059451A (zh) * 2010-11-08 2011-05-18 北京理工大学 纳飞秒双激光复合加工系统
KR20130076440A (ko) * 2011-12-28 2013-07-08 주식회사 이오테크닉스 레이저 절단 장치 및 절단 방법
CN103934576A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 北京理工大学 一种飞秒激光诱导材料表面二维周期性结构的方法
CN109954987A (zh) * 2019-03-26 2019-07-02 清华大学 一种利用飞秒激光在单根蚕丝表面加工纳米盲孔的方法
CN110695515A (zh) * 2019-09-18 2020-01-17 清华大学 利用飞秒激光在蚕丝薄膜上加工纳米锥阵列的方法及系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113560712A (zh) * 2021-07-14 2021-10-29 北京理工大学 一种超快激光加工制备二维材料纳米结构的方法
CN113560712B (zh) * 2021-07-14 2022-11-25 北京理工大学 一种超快激光加工制备二维材料纳米结构的方法
CN113732488A (zh) * 2021-08-17 2021-12-03 清华大学 一种利用飞秒激光加工金属氧化物纳米光栅的方法及系统
CN114178686A (zh) * 2021-08-17 2022-03-15 清华大学 飞秒激光加工的双重二氧化钛纳米光栅防伪结构及其应用
CN113916855A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 深圳大学 一种显微成像装置

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