一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A method of making hollow structure on the surface and inside of transparent material

【技术实现步骤摘要】
一种在透明材料表面和内部制备镂空结构的方法
本专利技术属于飞秒激光微纳加工
，具体涉及使用飞秒激光在透明材料内部直写百纳米精度的均匀线结构，通过后续抛光和湿法刻蚀工艺，从而实现了表面和内部超高加工精度和任意深径比镂空结构的制备。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，人们对集成化和微型化的要求越来越高，使用微纳米结构制备的器件和相同功能的大尺寸器件对比，其不仅具有耗能少，效率高，灵敏度高等优势，同时由于其体积小，便于多功能集成。对光学领域也是如此。近年来结构尺寸低于波长的微纳光学元器件的制备通常使用的是光刻工艺。通常需要掩膜版来将图案转移到表面涂覆光敏树脂的基材上，随后通过显影和二次干法刻蚀的方式来实现材料表面的图案化。这种方式通常需要多个步骤，并且对于不同的图案需要选择不同的掩膜版。除此之外，这些光学光刻工艺通常只能实现准三维结构的加工，并且需要严格的真空环境，进一步限制了其应用范围。常见的飞秒激光直写技术虽然可以在聚合物材料上实现百纳米精度的任意三维结构的加工，但是其在硬脆材料表面直接烧蚀导致的碎屑会影响后续结构的加工，在内部加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n步骤一：样品调平；/n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；/n步骤二、飞秒激光在材料内部刻写改性结构；/n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L

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪波，樊华，陈岐岱，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22