一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法与流程

文档序号:20839476发布日期:2020-05-22 17:18阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法,其特征在于,具体步骤如下:

步骤一:样品调平;

首先,将带加工样品固定到带有二轴调节装置的位移平台表面,然后将激光器功率,打开激光器光闸,通过调节位移平台的高度,将激光聚焦在样品表面;然后沿竖直方向反复移动位移平台5cm,并通过二轴调节装置确保焦点始终在样品表面;最后沿水平方向反复移动位移平台5cm,通过二轴调节装置确保焦点始终在样品表面;这时候待加工样品调平已经完成;

步骤二、飞秒激光在材料内部刻写改性结构;

具体步骤为:激光器出射的激光通过空间光调制器(slm)后进行相位调制,然后依次经过第一个凸透镜l1和第二个凸透镜l2组成的4f系统,将空间光调制器上的相位分布投射到物镜入瞳的位置,然后通过物镜聚焦在透明材料内部进行加工;在内部刻写结构的过程中,使用的是逐点扫描方式,且始终保持激光的偏振与加工痕迹互相垂直,从而实现内部单根线结构的加工;此外,为了后续抛光步骤方便观察,在样品截面处不同深度刻写多根纳米线阵列作为标记;

步骤三、样品表层的去除:

具体步骤为:首先,将加工后的样品使用目数较小的砂纸进行粗抛光,进行快速减薄,当在显微镜下观察其加工痕迹已经接近样品表面的时候,使用较大目数的砂纸进行精细抛光;使用显微镜进行二次观察抛光后样品的标记截面的深度位置;最后使用抛光粉对样品进行最后的超精细抛光,通过多次重复抛光和显微镜观察,将样品抛光到恰好表面刚露出加工痕迹;

步骤四、各项异性刻蚀;

配比湿法刻蚀溶液,将抛光后的样品放入到湿法刻蚀溶液中进行超声湿法刻蚀,随后将样品取出,分别使用乙醇和去离子水进行冲洗,并使用洗耳球吹干,获得所需表面超精细结构。

2.如权利要求1所述的一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法,其特征在于,步骤一所述待加工样品为常见的透明硬脆材料:如熔融石英,蓝宝石和yag晶体等,其厚度可以为100μm-1mm;所述调节装置为带两个旋钮的调平装置,分别可以调整样品台的俯仰和翻滚角度;所述固定方式为将样品使用双面胶固定到载玻片上,将载玻片使用加持装置固定到样品台上,再将盖玻片朝下安装在带有夹具的镜架上;所述移动平台为纳米压电平台和步进电机平台组合而成,其中压电平台的行程为200×200×200μm;步进电机的行程为20×20mm。

3.如权利要求1所述的一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法,其特征在于,步骤二所述的球面像差校正深度范围为10μm-2mm,激光加工深度为20μm-1mm;加工时所使用的飞秒激光波长为515nm、800nm或1030nm,其单脉冲能量根据所选用的物镜不同为50nj-1000nj;加工中使用的物镜的数值孔径为0.5-0.9;加工线结构的点间隔为10nm-2000n;线之间的间隔为400nm-5000nm;扫描结构的方向和偏振方向为0°-180°。

4.如权利要求1所述的一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法,其特征在于,步骤三中所述样品材料的表面抛光所使用的粗抛光砂纸为400#,1000#和3000#,精细抛光所使用的砂纸为5000#和7000#;用来超精细抛光使用的为氧化铈和金刚石抛光粉末,为12000#,使用的是金相机械抛光机,其转速为30-150r/min。


技术总结
本发明公开了一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法,属于飞秒激光微纳加工技术领域,本发明通过精确的控制偏振和加工功率,使用飞秒激光直写方式在透明材料内部直写精度为百纳米的改性区域,随后使用机械/离子束减薄的方式将透明材料的表面减薄至加工区域位置(表面加工),最后使用湿法刻蚀工艺对材料进行刻蚀,最终实现了具有高精度、任意图案化结构的百纳米精度的镂空结构的制备。本发明的方法在无真空环境下可以实现多种常见的透明材料的高效高精度加工,解决了现有技术中对环境要求比较高,加工效率较低的问题。

技术研发人员:孙洪波;樊华;陈岐岱
受保护的技术使用者:吉林大学
技术研发日:2020.02.07
技术公布日:2020.05.22
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