激光技术论文提纲

论文题目：基于飞秒激光技术制备硫系玻璃表面周期性纳米结构

摘要：硫系玻璃是一种特殊的红外光学玻璃,因其非线性响应快、折射率高和声子能量低等特点在中红外波段光子器件领域应用中展现出巨大的优势,但随着光学器件逐渐向着微型化、集成化方向发展,传统的加工方式越来越难以满足当前的需求。飞秒激光具有超短脉冲、瞬时功率高、应用范围广等特点,目前已经成为微纳加工领域不可或缺的加工手段。特别是在飞秒激光与物质相互作用过程中,出现了许多引人注目的现象,如飞秒激光诱导亚波长周期性结构（LIPSS）,其周期接近或小于入射激光波长,这在突破衍射极限的微光学元器件的制备方面具有广阔的应用前景。因此探究飞秒激光诱导硫系玻璃表面亚波长微纳结构形成的物理机制具有重大意义。论文首先简述了飞秒激光的特点及其在微纳加工领域的主要研究方向,并对当前飞秒激光诱导亚波长周期性结构的研究进展进行了概述,主要包括亚波长周期性结构的形成机制及应用两个方面。并基于在硫系玻璃表面微纳结构在中远红外波段的广泛应用前景,本文开展了在硫系玻璃上诱导亚波长周期性结构的研究。主要研究内容及创新点如下:（1）系统地研究了飞秒激光在As2S3玻璃上诱导周期性结构的演化过程,研究了不同能量密度及脉冲数量对所形成周期性结构的影响。实验发现,随着脉冲数量的增加,表面微纳结构会呈现出三种不同形貌结构的演化规律—低空间频率周期性结构、正交性周期性结构及纳米柱状结构。（2）采用自主搭建的飞秒激光泵浦-探测系统对飞秒激光在As2S3玻璃上诱导周期性结构的演化过程进行了实时监测,记录了其表面反射信号的瞬态变化过程。并结合实验结果分别对三种不同形貌的周期性结构进行了系统地理论解释。（3）采用飞秒激光直写技术在As2S3玻璃表面制备出大面积的周期性结构。并研究了周期性结构在经过二次交叉直写后所发生的分裂现象,根据这种分裂现象提出了一种在As2S3玻璃表面加工大面积深亚波长周期性结构的新方法。最后对周期性结构的结构色性能进行了测试和探究。本文的研究成果对飞秒激光在硫系玻璃上做微纳结构和表面改性提供了系统地实验和理论依据,该成果对硫系玻璃在微纳器件上的应用具有实际推动意义,同时也有助于硫属化物纳米功能性器件的设计。

关键词：飞秒激光;硫系玻璃;周期性结构;泵浦-探测技术

学科专业：通信与信息系统

摘要

Abstract

引言

1 绪论

1.1 飞秒激光加工简介

1.1.1 飞秒激光的特点

1.1.2 飞秒激光微纳加工技术

1.2 飞秒激光诱导亚波长周期性结构

1.2.1 利用泵浦-探测技术探究LIPSS的形成机制

1.2.2 LIPSS的应用

1.3 硫系玻璃简介

1.3.1 硫系玻璃的特点

1.3.2 硫系玻璃的应用

1.4 本课题的研究内容

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究目的和意义

2 材料的制备及激光加工系统简介

2.1 As_2S_3玻璃的制备及性能测试

2.1.1 As_2S_3玻璃的制备过程

2.1.2 As_2S_3玻璃的性能测试

2.2 飞秒激光加工系统

2.2.1 飞秒激光直写系统

2.2.2 飞秒激光泵浦-探测系统

2.3 材料表面形貌学表征仪器

2.4 本章小结

3 飞秒激光诱导As_2S_3玻璃表面周期性结构的形貌学演化过程

3.1 As_2S_3玻璃的烧蚀阈值测定

3.2 不同能量密度及不同脉冲数诱导LIPSS的形貌学演变规律

3.2.1 低脉冲数诱导LSFL和HSFL的形貌学演变规律

3.2.2 高脉冲数诱导纳米柱状结构的形貌学演变规律

3.2.3 激光诱导三种类型LIPSS的周期分布规律

3.3 本章小结

4 基于泵浦-探测技术研究LIPSS结构的瞬态演化机理

4.1 泵浦-探测系统的设计与搭建

4.2 多脉冲辐射诱导LIPSS形成过程中的瞬态反射现象

4.3 不同类型LIPSS结构的形成机理研究

4.3.1 表面等离激元与激光干涉诱导LSFL结构

4.3.2 局域场增强诱导LIOPS结构

4.3.3 等离激元浓度的不均匀分布诱导纳米柱状结构

4.4 本章小结

5 飞秒激光直写制备As2S3玻璃表面大面积LIPSS结构

5.1 飞秒激光直写参数对LIPSS结构演化的影响

5.1.1 低脉冲重叠率下制备LSFL的机理研究

5.1.2 高脉冲重叠率下制备LIOPS的机理研究

5.1.3 飞秒激光直写制备LSFL及LIOPS结构的形成条件

5.2 飞秒激光二次直写诱导LSFL的分裂现象研究

5.2.1 飞秒激光交叉直写产生的分裂现象

5.2.2 基于LSFL的二次分裂制备大面积HSFL结构

5.3 As_2S_3玻璃表面大面积LIPSS结构的颜色效应

5.4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

在学研究成果