产生结构色的纳米加工系统技术方案

本申请涉及一种产生结构色的纳米加工系统，该系统包括：激光器光源(10)、衰减装置(20)、反射镜(30)、透反棱镜(40)、聚焦透镜(50)、CCD相机(60)、计算机设备(70)、物镜(80)、采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)、三维位移平台(100)和外部白光光源(110)；激光器光源(10)产生激光束，先经过衰减装置(20)，依次经反射镜(30)、透反棱镜(40)和物镜(80)聚焦到加工样品(90)的表面，形成等离子体阵列微结构，外部白光光源(110)照射在加工样品(90)表面并产生反射，反射光逆向传输经过物镜(80)、透反棱镜(40)、聚焦透镜(50)后聚焦到到CCD相机(60)。该加工系统实现了可以大面积、低能耗、高效率的产生结构色。

Nano processing system for producing structure color

【技术实现步骤摘要】
产生结构色的纳米加工系统
本技术涉及微细加工
，尤其是涉及一种产生结构色的纳米加工系统。
技术介绍
结构色，又称物理色，是一种由光的波长引发的光泽。在一些微纳结构中，通过光的衍射、反射原理，实现某些波段的光被吸收，然后呈现出多样的反射光谱。传统的结构色的实现一般是通过电子束刻蚀(EBL)产生表面等离子体结构以实现结构色，但是这种方式加工手段耗时长、加工面积小、成本高。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以大面积、低能耗、高效率的产生结构色的纳米加工系统。一种产生结构色的纳米加工系统，所述系统包括：激光器光源(10)、衰减装置(20)、反射镜(30)、透反棱镜(40)、聚焦透镜(50)、CCD相机(60)、计算机设备(70)、物镜(80)、采用MIM(金属-介电介质-金属)叠层薄膜结构的加工样品(90)、放置所述加工样品的三维位移平台(100)和外部白光光源(110)；所述激光器光源(10)用于产生激光束，所述激光束为飞秒脉冲激光束，所述激光束经过所述衰减装置(20)，所述衰减装置(20)用于对所述激光束的能量密度或平均功率进行调制，得到调制后的目标激光束；所述目标激光束经反射镜(30)反射后再次经过透反棱镜(40)和物镜(80)，由物镜(80)聚焦后照射在采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)的表面；所述外部白光光源(110)照射在加工样品(90)表面并产生反射光，所述反射光逆向传输经过物镜(80)传输到透反棱镜(40)内，再次发生反射得到逆向的二次反射光，所述逆向的二次反射光经过聚焦透镜(50)后聚焦到CCD相机(60)，所述CCD相机(60)用于实时观测加工结构表面。在其中一个实施例中，所述MIM叠层薄膜结构从上到下依次为钛膜、第一铝膜、二氧化硅膜和第二铝膜，所述钛膜为保护膜，用于防止所述铝膜在高能量密度的激光脉冲下熔毁脱落以及防止表面发生氧化。在其中一个实施例中，所述钛膜的厚度为10nm，所述第一铝膜的厚度为20nm，所述二氧化硅的厚度为45nm，所述第二铝膜的厚度为100nm。在其中一个实施例中，所述等离子体阵列微结构是由激光烧蚀得到的一个个纳米孔单元组成的，所述纳米孔的深度为所述钛膜和所述第一铝膜的厚度。在其中一个实施例中，所述计算机设备用于控制所述三维位移平台移动使所述激光束以逐行或隔行扫描的方式在所述加工样品进行打孔。在其中一个实施例中，所述纳米加工系统采用单点单脉冲的加工方式，所述激光束的重复频率是根据三维位移平台移动的移动速率与单步步长的比值确定的。在其中一个实施例中，所述激光束使用的重复频率为1KHz。在其中一个实施例中，所述激光束的激光功率的范围为30μw到150μw。在其中一个实施例中，所述等离子体阵列微结构中的纳米孔尺寸范围为550nm到1000nm之间，两个纳米孔的间隔为750nm、900nm、1000nm、1250nm、1500nm、1800nm、2250nm中的一种。在其中一个实施例中，所述激光器光源(10)为中心波长为800nm的钛蓝宝石飞秒激光器。上述产生结构色的纳米加工系统，通过使用飞秒脉冲激光在结构为MIM叠层薄膜的加工样品上进行打孔，然后形成可以产生结构色的等离子体阵列微结构。该产生结构色的纳米加工系统的激光光源为飞秒激光，作用区域因热扩展作用影响的热效应范围小，能够突破光学衍射极限，从而可以实现大面积、低能耗和高效率地生成可以产生结构色的等离子体阵列微结构，而且飞秒激光打出的结构更平滑，相应的分辨率更高。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为一个实施例中产生结构色的纳米加工系统的架构图；图2(a)-图2(f)为一个实施例中不同周期对应的等离子体阵列微孔结构的示意图；图3为一个实施例中MIM叠层薄膜结构的示意图；图4为一个实施例中得到的四种可见光的波长的示意图；其中，图1中：10激光器光源，20衰减装置，30发射镜，40透反棱镜、50聚焦透镜、60CCD相机，70计算机设备，80物镜，90MIM加工样品，100三维位移平台，110外部白光光源。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，在一个实施例中，提出了一种产生结构色的纳米加工系统，所述系统包括：激光器光源10、衰减装置20、反射镜30、透反棱镜40、聚焦透镜50、CCD相机60、计算机设备70、物镜80和采用MIM金属-介电介质-金属叠层薄膜结构的加工样品90以及放置所述加工样品的三维位移平台100；所述激光器光源10用于产生激光束，所述激光束为飞秒脉冲激光束，所述激光束经过所述衰减装置20，所述衰减装置20用于对所述激光束的能量密度或平均功率进行调制，得到调制后的目标激光束，所述目标激光束经反射镜30反射后再次经过透反棱镜40和物镜80，由物镜80聚焦后照射在所述采用MIM叠层薄膜结构的加工样品90的表面；所述计算机设备70用于控制所述三维位移平台100以使所述加工样品的表面形成可以产生结构色的等离子体阵列微结构。所述外部白光光源110照射在加工样品90表面并产生反射光，所述反射光逆向传输经过物镜80传输到透反棱镜40内再次发生反射得到逆向的二次反射光，所述逆向的二次反射光经过聚焦透镜50后聚焦到CCD相机60，所述CCD相机60用于实时观测加工结构表面。其中，激光器光源10为产生飞秒脉冲激光束的光源，光源的脉宽可改变，只要在飞秒量级均可。在一个实施例中，可以采用中心波长为λ＝800nm的钛蓝宝石飞秒激光器为光源。衰减装置20如图1所示，可以采用两个衰减片实现。衰减装置20用于对激光束的能量密度或平均功率进行调整，即调整激光束的能量，使其符合所需要的能量密度或平均功能。在实际应用中，可以通过衰减装置改变输出的激光能量密度(或平均功率)加工得到直径不同、排列周期不同的等离子体阵列微孔结构，如图2所示，a、b、c、d、e和f为不同周期的等离子体阵列微孔结构的示意图，缩放比例为500nm。能量密度等于激光束能量与激光高斯光斑的面积的比值。其中，激光高斯光斑的直径取值为其中λ为激光束的中心波长，NA为聚焦物镜80的数值孔径，根据高斯光斑的直径计算得到相应的激光高斯光斑的面积，在波长和物镜孔径一定的情况下，能量与能量密度成正相关。反射镜30用于改变激光束的传递方向。透反棱镜40可以采用半透半反棱镜，一方面可以用于激光束透射，另一方面用于白光光源的反射。聚焦透镜50用于将逆向二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生结构色的纳米加工系统，其特征在于，所述系统包括：激光器光源(10)、衰减装置(20)、反射镜(30)、透反棱镜(40)、聚焦透镜(50)、CCD相机(60)、计算机设备(70)、物镜(80)、采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)，所述MIM为金属-介电介质-金属、放置所述加工样品的三维位移平台(100)和外部白光光源(110)；/n所述激光器光源(10)用于产生激光束，所述激光束为飞秒脉冲激光束，所述激光束经过所述衰减装置(20)，所述衰减装置(20)用于对所述激光束的能量密度或平均功率进行调制，得到调制后的目标激光束，所述目标激光束经反射镜(30)反射后再次经过透反棱镜(40)和物镜(80)，由物镜(80)聚焦后照射在所述采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)的表面；/n所述计算机设备(70)用于控制所述三维位移平台(100)以使所述加工样品的表面形成可以产生结构色的等离子体阵列微结构；/n所述外部白光光源(110)照射在加工样品(90)表面并产生反射光，所述反射光逆向传输经过物镜(80)传输到透反棱镜(40)内，再次发生反射得到逆向的二次反射光，所述逆向的二次反射光经过聚焦透镜(50)后聚焦到CCD相机(60)，所述CCD相机(60)用于实时观测加工结构表面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种产生结构色的纳米加工系统，其特征在于，所述系统包括：激光器光源(10)、衰减装置(20)、反射镜(30)、透反棱镜(40)、聚焦透镜(50)、CCD相机(60)、计算机设备(70)、物镜(80)、采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)，所述MIM为金属-介电介质-金属、放置所述加工样品的三维位移平台(100)和外部白光光源(110)；
所述激光器光源(10)用于产生激光束，所述激光束为飞秒脉冲激光束，所述激光束经过所述衰减装置(20)，所述衰减装置(20)用于对所述激光束的能量密度或平均功率进行调制，得到调制后的目标激光束，所述目标激光束经反射镜(30)反射后再次经过透反棱镜(40)和物镜(80)，由物镜(80)聚焦后照射在所述采用MIM叠层薄膜结构的加工样品(90)的表面；
所述计算机设备(70)用于控制所述三维位移平台(100)以使所述加工样品的表面形成可以产生结构色的等离子体阵列微结构；
所述外部白光光源(110)照射在加工样品(90)表面并产生反射光，所述反射光逆向传输经过物镜(80)传输到透反棱镜(40)内，再次发生反射得到逆向的二次反射光，所述逆向的二次反射光经过聚焦透镜(50)后聚焦到CCD相机(60)，所述CCD相机(60)用于实时观测加工结构表面。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MIM叠层薄膜结构从上到下依次为钛膜、第一铝膜、二氧化硅膜和第二铝膜，所述钛膜为保护膜，用于防止所述铝膜在高能量密度的激光脉冲下熔毁脱落以及防止...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔阿茹，刘民航，蔡博渊，张聿全，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44