一种复合双脉冲及其制备方法、设备和应用技术

本发明专利技术的一种复合双脉冲及其制备方法、设备和制备光栅的应用，通过将原始飞秒激光整形为一束飞秒激光和一束皮秒激光合成的复合脉冲，再通过透镜使其聚焦在样品表面或内部，实现纳米光栅的制备。本发明专利技术的飞秒

【技术实现步骤摘要】
一种复合双脉冲及其制备方法、设备和应用


[0001]本专利技术涉及一种复合双脉冲，具体涉及一种复合双脉冲及其制备方法、设备和应用，属于飞秒激光应用。

技术介绍

[0002]飞秒激光诱导周期表面结构(LIPSS)在过去的20年中得到了广泛的研究。这些周期性的纳米结构有效地改变了材料的性能，并在表面着色、大面积光栅、双折射光学元件、数据存储和表面润湿性等方面有许多应用。
[0003]高功率超短脉冲激光器的发展为光物质相互作用的物理学和技术开辟了新的前沿。使用飞秒脉冲相对于较长的脉冲进行直接写入和数据存储的一个关键优点是，这种脉冲可以快速和精确地在固体中沉积能量。
[0004]在总能量相同的情况，如何更高效的利用飞秒脉冲，是很有研究必要的。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合双脉冲及其制备方法、设备和应用。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种复合双脉冲，所述复合双脉冲由飞秒激光和皮秒激光合束而成，且两束激光在时间上具有延迟。
[0008]上述飞秒激光为由原始飞秒激光单脉冲经分光后获得的飞秒激光双脉冲序列中的一束；
[0009]所述皮秒激光为飞秒激光双脉冲序列中的另一束飞秒激光经脉冲展宽后获得。
[0010]进一步的，上述的两束激光在时间上的延迟由通过脉冲时域整形实现。
[0011]上述皮秒激光的脉宽为2～4ps。
[0012]上述时间的延迟为/>±
1～20ps。
[0013]上述飞秒激光和皮秒激光的能量比为Efs:Eps＝2:1。
[0014]制备上述的复合双脉冲的方法，包括以下步骤：
[0015]利用分光镜，将入射的初始飞秒激光单脉冲分为偏振方向互相平行的、脉冲能量相等的飞秒激光双脉冲序列；在其中一束飞秒激光的光路中通过脉冲时域整形实现两束激光的时间延迟；在另一束飞秒激光的光路中进行脉冲展宽，得到皮秒激光；利用合束镜对两束激光进行合束，得到复合双脉冲。
[0016]制备上述的复合双脉冲的设备，包括初始激光预处理系统、脉冲时域整形系统、脉冲展宽系统；
[0017]所述初始激光预处理系统，包括飞秒激光器、分束镜，飞秒激光器产生的单脉冲激光，经分束镜产生偏振方向互相平行的、脉冲能量相等的飞秒激光双脉冲序列；
[0018]所述脉冲时域整形系统，包括第一衰减片、第一反射镜组、步进电机，经初始激光
预处理系统处理后的一束飞秒激光，经第一衰减片到达位于步进电机上的第一反射镜组，使反射光沿平行于入射光方向返回后，进入下一级合束系统；
[0019]所述脉冲展宽系统，包括第二衰减片、光栅、中空回射镜组、反射镜，所述中空回射镜组包括第一中空回射镜、第二中空回射镜；经初始激光预处理系统处理后的另一束飞秒激光，经过第二衰减片第一次到达光栅，衍射光进入第一中空回射镜，经其反射后第二次到达光栅，衍射光再进入第二中空回射镜，反射后第三次经过光栅，衍射光再次进入第一中空回射镜，反射后第四次经过光栅，其衍射光与第一次照射在光栅上的激光的光路平行并沿相反方向射出，再由反射镜引导进入下一级合束系统。
[0020]通过控制中空回射镜与光栅之间的距离来控制所述脉宽的展宽范围；通过控制步进电机的移动实现对两束光之间延迟时间的控制。
[0021]上述的复合双脉冲，应用于纳米光栅的制备。
[0022]本专利技术的有益之处在于：
[0023]本专利技术的一种复合双脉冲，为通过将原始飞秒激光整形为一束飞秒激光和一束皮秒激光合成的复合脉冲，皮秒激光的脉宽展宽范围为2～4ps；通过透镜使其聚焦在样品表面或内部，超短脉冲与物质相互作用后，实现纳米光栅的制备。在相同能量下，经时域整形后的复合脉冲作用在物质上更加的温和，其热效应更小，适当的控制飞秒脉冲与皮秒脉冲之间的延迟时间可促进材料吸收更多的脉冲能量，而不是产生热效应使得脉冲能量被消耗；与单脉冲相比促进效果更为明显，不但能更高效地制备纳米光栅，还能减少由热效应产生的应力作用对纳米光栅结构的影响。
[0024]本专利技术的复合双脉冲的制备设备，可通过控制中空回射镜与光栅之间的距离来控制脉宽的展宽范围；通过控制步进电机的移动调节两束光之间的光程差以实现对两束光之间延迟时间的控制，即可控制两束脉冲作用在材料上的先后顺序和时间间隔，先使用飞秒脉冲作用于材料，产生种子电子，通过激发种子电子促进后一束皮秒脉冲能量的吸收率，对于不同的材料，可以通过控制两束脉冲间的延迟时间来找到最优值，从而更好地利用激光的能量来制备纳米光栅；通过光学开关来控制聚焦到材料内部脉冲序列的辐照时间，通过位移平台控制激光脉冲聚焦点在材料表面或内部的移动，通过成像系统和三维位移平台可实现对纳米光栅制备的实时监控，以及产生纳米光栅的位置的实时控制。
[0025]本专利技术的飞秒
‑
皮秒复合双脉冲，相比较于单脉冲制备纳米光栅，在总能量相同的情况下可以更高效地制备纳米光栅，结合对复合脉冲延迟时间、脉冲辐照时间和辐照位置的控制，可实现光栅的灵活加工，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
[0026]图1为复合双脉冲制备光栅的光路图。
[0027]图2为单脉冲与复合脉冲写入纳米光栅结构光学延迟量的对比图，其光学延迟量由偏振显微镜测得；图(a)、(b)、(c)、(d)分别为不同总能量下单脉冲与复合脉冲写入情况对比图，其中每一组单脉冲的能量与复合脉冲的总能量相同。
[0028]图3为激光写入纳米光栅结构剖面电镜图，图(A)、(B)、(C)、(D)的写入能量均为1μJ；图(A)、(B)为复合脉冲写入结构，延迟时间分别为
‑
10Ps和
‑
1Ps；图(C)、(D)均为单脉冲写入的光栅结构。
[0029]附图中标记的含义如下：
[0030]1、飞秒激光器，2、第一分束镜，3、第一衰减片，4、步进电机，5、第一反射镜，6、第二反射镜，7、第三反射镜，8、第四反射镜，9、第二衰减片，10、光栅，11、第一中空回射镜，12、第二中空回射镜，13、第五反射镜，14、第六反射镜，15、第二分束镜，16、电控快门，17、第七反射镜，18、第八反射镜，19、CCD相机，20、第三分束镜，21、物镜，22、三维位移平台，23、汞灯。
具体实施方式
[0031]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。
[0032]如图1所示，使用飞秒激光器1产生780nm、120fs水平偏振的原始飞秒激光单脉冲，沿第一分束镜2的中心方向入射，由第一分束镜2将单脉冲分束变为偏振方向互相平行的、脉冲能量相等的飞秒激光双脉冲序列，使两束光分别进入时域整形系统和脉冲展宽系统。其中，飞秒激光器1和第一分束镜2构成初始激光预处理系统。
[0033]分束出的其中一束飞秒激光单脉冲，经由第一衰减片3、第一反射镜5、第二反射镜6组成的时域整形子系统，使反射光沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合双脉冲，其特征在于，所述复合双脉冲由飞秒激光和皮秒激光合束而成，且两束激光在时间上具有延迟。2.根据权利要求1所述的复合双脉冲，其特征在于，所述飞秒激光为由原始飞秒激光单脉冲经分光后获得的飞秒激光双脉冲序列中的一束；所述皮秒激光为飞秒激光双脉冲序列中的另一束飞秒激光经脉冲展宽后获得。3.根据权利要求2所述的复合双脉冲，其特征在于，两束激光在时间上的延迟由通过脉冲时域整形实现。4.根据权利要求1所述的复合双脉冲，其特征在于，所述皮秒激光的脉宽为2～4ps。5.根据权利要求1所述的复合双脉冲，其特征在于，所述时间的延迟为
±
1～20ps。6.根据权利要求1所述的复合双脉冲，其特征在于，所述飞秒激光和皮秒激光的能量比为Efs:Eps＝2:1。7.制备权利要求1所述的复合双脉冲的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用分光镜，将入射的初始飞秒激光单脉冲分为偏振方向互相平行的、脉冲能量相等的飞秒激光双脉冲序列；在其中一束飞秒激光的光路中通过脉冲时域整形实现两束激光的时间延迟；在另一束飞秒激光的光路中进行脉冲展宽，得到皮秒激光；利用合束镜对两束激光进行合束，得到复合双脉冲。8.制备权利要求1所述的复合双脉冲的设备，其特征在于，包括初始激光预处理系统、脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵全忠，付强，徐冰，
申请(专利权)人：南京萃智激光应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：