刘洋 1,2,3朱香平 1,2,3靳川 1,2,3张笑墨 1,2,3赵卫 1,2,3,*
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
采用钛蓝宝石飞秒激光加工系统在融石英表面诱导表面周期性微纳结构，研究了激光诱导表面周期结构的形成过程以及激光能量密度、脉冲数、光斑大小和脉冲的空间间隔对融石英表面激光诱导表面周期结构的形貌的影响。实验结果表明，飞秒激光在融石英表面可以诱导出周期性的亚波长结构，主要以垂直于激光偏振方向的光栅状结构为主，其周期在百纳米量级且具有更好的可复现性。在激光光斑控制在1 μm附近时，所得到的形貌具有较高的规则性。根据实验结果设计了聚焦高斯光斑低通量的加工方式。所制备的光栅结构具有200~300 nm的周期，平均深度约为300 nm。
飞秒激光加工 表面形貌 亚波长结构 融石英 周期性结构 Femtosecond laser processing Surface morphology Subwavelength structures Fused silica Periodic structure
1 广东正业科技股份有限公司，广东 东莞 523000
2 吉林大学电子科学与工程学院，吉林 长春 130012
针对硬质材料高数值孔径（）微透镜阵列制备难的问题，提出一种基于像差的自调制激光加工方法。该方法将飞秒激光聚焦于石英衬底的下表面，能够实现对激光焦点的纵向拉伸，结合氢氟酸溶液湿法刻蚀实现了具有高数值孔径微透镜的制备。结果表明，利用该技术通过改变单脉冲能量能够对微透镜形貌进行调控，在此基础上进一步优化离焦位置，有效地增大了微透镜的数值孔径，制备出达到理论极限（=0.46）的高数值孔径石英微透镜。相对于传统的正面加工方法，所提方法方式不仅提升了微透镜的数值孔径，而且无需复杂的光调制系统，对于高性能硬质材料微透镜阵列的制备与实际应用具有重要的意义。
激光技术 飞秒激光加工 高数值孔径 微透镜阵列 熔融石英 光学学报
2023, 43(16): 1623019
1 北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心，北京 100016
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
3 中国空间技术研究院 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
以多元金属纳米薄膜（金、银）为基底，利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构，并研究了其局域表面等离子体共振效应（ Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）和表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，SERS）性能。利用时域有限差分（Finite Difference Time Domain，FDTD）软件模拟了不同情况下（单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构）的电场分布情况。根据仿真结果，相较于平面金属膜来说，飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强，集中在结构边缘处，且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外，使用浓度为10−4 M和10−6 M的罗丹明（R6G）溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明，单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现，而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号，双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应，从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。
飞秒激光加工 多元等离子体纳米结构 局域表面等离子体共振 表面增强拉曼散射 femtosecond laser processing multiple plasma nanostructures LSPR SERS 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220522
1 中南民族大学计算机科学学院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7~2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm2。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。
光栅 二维光子晶体 飞秒激光加工 聚四氟乙烯薄板 损伤阈值 微孔阵列 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0905001
1 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室，北京 100124
2 北京动力机械研究所，北京 100074
飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验，研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明：相比于红外飞秒激光，绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低，刻蚀率显著提高；与红外飞秒激光刻蚀类似，随着刻蚀次数增加，刻蚀深度增大，但当刻蚀次数增加到一定值后，刻蚀深度出现饱和现象；激光能量密度越高，极限刻蚀深度越大；改变扫描策略进行双道刻蚀时，通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度；激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。
激光技术 镍基高温合金 飞秒激光加工 刻蚀阈值 刻蚀深度 刻蚀率
1 公牛集团股份有限公司, 宁波 315311
2 陕西科技大学 材料科学与工程学院, 西安 710021
3 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
为了解决厨房用开关面板抗油污沉积的问题, 采用飞秒激光在开关面板表面制备出微纳米复合结构表面, 实现了超疏水性, 进而减少油污沉积附着,研究了聚碳酸酯(PC)开关面板的激光烧蚀阈值、不同激光工艺参数和微纳结构对表面浸润性的影响。结果表明, PC开关面板在515nm波段下的烧蚀阈值为1.66μJ; 当激光能量为1.6μJ、扫描速率为200mm/s、搭接率为1/3线宽时, 其表面液滴接触角为161°, 表现出超疏水特性。经激光表面处理后的PC面板具有超疏水性,可实现表面的自清洁作用, 显示出巨大的市场潜力。
激光技术 微纳结构的超疏水性 飞秒激光加工 开关面板 laser technique superhydrophobic of micro/nano structure femtosecond laser process switch panel
光学 精密工程
2022, 30(17): 2088
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063
4 西安中科微精光子制造科技有限公司，陕西 西安 710119
飞秒光纤激光器具有脉宽极短，瞬时功率高，对加工材料无选择性等特点，被广泛应用于精密微孔制造领域。为此，提出了一种高精度轨迹可调光束扫描系统，利用电机控制偏转光楔组和平行平板组相对于激光光轴的角度，再通过聚焦透镜缩小光斑，实现精准控制下飞秒激光的旋转扫描，解决了目前高深径比、倒锥孔加工困难的问题。将该系统应用于汽车喷油嘴油孔加工，实现了加工孔径的孔径为25~800 μm，孔径误差≤±2 μm；在锥度孔加工中可实现微孔锥度-5°~+5°；实现了深径比为20∶1的微孔加工。
光学设计 飞秒激光加工 倒锥孔 高深径比 喷油嘴 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122002
1 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学电子信息工程学院，湖北 武汉 430074
透射式玻璃光栅可简化光学系统结构，降低调制难度和成本，在紧凑型微小型分光仪和光谱系统中应用广泛。因玻璃材料脆、硬等特点，传统加工技术已无法满足现代工业日益增长的需求。采用波长为1040 nm、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为388 fs的飞秒激光刻蚀透射式石英玻璃光栅，重点研究了激光功率P、扫描速度v、重复扫描层数N对石英玻璃光栅刻痕宽度和深度的影响。此外，使用氦氖激光器（波长为632.8 nm）对已刻蚀石英玻璃光栅样品进行衍射效率测试，利用CCD记录光栅衍射图样，通过灰度重心法得到其衍射效率。在实验中，当激光功率为442 mW，扫描速度为380 mm/s，重复扫描层数为10时，刻蚀的光栅刻痕宽度d约为5.67 ，光栅周期D约为8.17 ，测得该石英玻璃光栅的0级、-1级和+1级衍射效率分别为24.98%、31.80%和31.04%。
飞秒激光加工 石英玻璃 透射式光栅 光栅衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714006
