《高性能紅外微光學元件的飛秒雷射微納製備》是依託西安交通大學，由邊浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高性能紅外微光學元件的飛秒雷射微納製備
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邊浩
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
紅外微光學元件具有體積小、重量輕和易於集成等優點，在軍用和民用領域都具有十分重要的套用價值，但目前在紅外微光學元件的超精細製備方面仍面臨著諸多技術挑戰。本項目針對紅外微光學元件製備中影響效率、精度、形貌控制等關鍵問題，提出了一種紅外微光學元件的飛秒雷射濕法刻蝕製備方法。擬通過深入研究紅外光學材料在飛秒雷射作用下的雷射能量沉積和擴散機制、材料晶格結構破壞、表面微結構演變和形成機制等，探索飛秒雷射對紅外光學材料的靶向改性機制，以及紅外光學材料雷射改性區的選擇性高定域去除機制和表面化學拋光機制，從而實現紅外微光學元件的高效、高質量製備。並在研究中逐步澄清雷射對紅外光學材料改性的作用機理以及材料的化學濕法刻蝕和拋光機理，發展和形成紅外微光學元件的飛秒雷射濕法刻蝕高效、高質量製備新方法。
結題摘要
本項目重點研究紅外微光學元件的飛秒雷射濕法刻蝕微納製造新方法。通過調控飛秒雷射微區的改性結果，增強微區材料的化學反應活性，進而結合化學濕法刻蝕，在單晶矽、硒化鋅等典型紅外光學材料上實現了複雜三維結構的高效高質量製備。實驗研究證明了項目探索出的新方法可以有效實現紅外微透鏡陣列的高效、高精度製備。其中，在基礎理論方面：建立了飛秒雷射誘導材料微納結構的電子動力學模型，預測了飛秒雷射與材料作用溫度場時空分布特性與加工的微納結構特徵。通過時間分辨陰影成像系統，在皮秒到納秒的時間視窗上直接拍攝觀測飛秒雷射燒蝕單晶矽材料的動態過程，揭示了燒蝕過程中各個階段的物理機制；通過Comsol、matlab等數值仿真手段，研究表明通過調控脈衝鏈的脈衝間隔、偏振和強度比等參數可以有效地操控光作用區的電離度及改變表面等離子激元色散波長，從而獲得對雷射作用微區結構的精確調控。在紅外光學材料的飛秒雷射濕法刻蝕工藝模型建立方面：研究了雷射加工中材料吸收光子能量對化學鍵的激活、改性機制，通過調控飛秒雷射與物質相互作用，實現了材料加工區的靶向改性，獲得了單晶矽材料、硒化鋅材料的飛秒雷射濕法工藝模型和化學拋光模型。在紅外微光學元件製備方面：通過調整加工參數、飛秒雷射輻照點排列方式和腐蝕時間，設計和實現了四邊形、六邊形和準周期三種排布的紅外微透鏡陣列。所製備的準周期微透鏡陣列單元數達到百萬單元，加工時間小於一小時。製備得到的紅外微透鏡陣列形貌可控，具有良好的一致性和表面粗糙度，微透鏡陣列填充比趨於100%。通過反射聚焦可見光和成像情況測試紅外微透鏡的光學性能，說明了紅外微透鏡陣列具有很好的一致性和優良的光學性能。將探索得到的新飛秒雷射濕法刻蝕方法進一步拓展，實現了“lens on lens”、曲面複眼微透鏡陣列新穎光學成像結構。因此項目研究對於微納加工領域以及紅外技術都具有重要意義。
