《飛秒雷射近場虛擬光探針納尺度加工技術研究》是依託江蘇大學，由高傳玉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：飛秒雷射近場虛擬光探針納尺度加工技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高傳玉
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題提出以一種高度融合飛秒雷射、近場光學、虛擬光探針三種超高時空分辨技術，即飛秒雷射近場虛擬光探針納尺度加工技術，來實現納米局域和大區域或大區域選擇性高速納米製造。我們計畫通過本項目的研究，實現以下主要目標：（1）建立一套飛秒雷射器與近場光學、虛擬光探針相結合的全新納米製造系統，利用它來完成至少50nm以下線寬的微納加工；（2）完成一套能夠系統地對飛秒雷射近場虛擬光探針光場分布特性分析設計的計算機軟體系統，努力突破10nm以下納結構製作；（3）掌握虛擬光探針系統的加工方法，並加工出實用的虛擬光探針模板，使虛擬光探針近場微納加工系統加工精度控制在50nm以下，而虛擬光探針的模板在距離樣品250nm以上的區域，並能成功實現雙光子納米加工，在此基礎上加工出具有一定功能的微納器件。
結題摘要
本課題實現了一種高度融合飛秒雷射、近場光學與虛擬光探針等超高時空分辨的高速納米製造新技術，完成了研究計畫的目標和內容，具體研究成果與指標如下： （1） 採用矢量角譜方法對幾種形式的基於近場光學和虛擬光探針的光場衍射與傳播問題進行了一系列的理論計算，首次得到了相關近場與遠場衍射傳輸特性的解析結果。根據電磁場理論求得了納米金屬棒表面以及納米金屬波導內的電磁場分布解析表達式。利用近場光學分析軟體 Optiwave FDTD 對多種近場光學探針及虛擬光探針等亞波長結構的近場光學特性進行了模擬分析, 開發出一套能夠準確的適用於近場模擬的多功能軟體包，亞波長結構模擬解析度達到5nm。（2） 建立了一套可實現飛秒雷射表面微納加工與微處理及測試等多種功能的一體化系統裝備，並加工製備了多種亞波長結構，如金字塔狀、納米線結構、納米點結構、周期性光柵結構、圓型結構、孔洞結構等。從單脈衝和多脈衝燒蝕方面探討了飛秒雷射誘導固體透明介質表面的燒蝕機理，研究了燒蝕線寬的影響因素，利用飛秒雷射微造型技術在固體透明介質表面製作了多種實用的表面陣列微結構。構建了用於飛秒雷射微納加工與微處理及LIBS探測的一體化系統裝置。（3）建立一套飛秒雷射器與近場光學虛擬光探針相結合的全新納米製造系統, 建立了一套基於虛擬光探針局域場增強效應結合原子力顯微鏡的納米加工系統。在飛秒雷射近場耦合上，採用光子晶體光纖，克服拉曼散射和自相位調製引起的光譜扭曲等缺點。完成對各種不同材質的納米加工實驗研究，實現了10nm左右線寬的穩定加工，相對於國外研究者而言，我們加工的圖像穩定，旁瓣較小。對各個參數對加工線寬的影響進行了深入的研究，並且建立了模型。（4）最佳化了飛秒雷射雙光子光聚合微納加工系統、樣品處理工藝及加工工藝。在雙光子光聚合理論模型和加工解析度基礎上，探討了加工線寬與加工速度和功率的依賴關係。相對傳統的雙光子光聚合理論，提出多次快速掃描的新型雙光子光聚合理論模型，並採用雙光子光聚合法，選擇不同的實驗參數，製備了多種典型的虛擬光探針微納器件。（5）將雙光子光聚合微納加工系統與近場光學虛擬光探針技術相耦合，建立一套完善的基於近場虛擬光探針雙光子飛秒雷射微納加工系統。該系統可以進行表面電漿激元的激發和探測。採用該系統製備和測試了直線波導、光柵、光子晶體、直角波導、圓等多種表面等離子激元器件。
