飞秒激光多光束干涉制备微纳复合周期结构的机理及其偏振效应

飞秒激光诱导偏振依赖的纳米周期结构是国际上最近才开展的崭新的研究领域，其在激光纳米加工、材料改性、表面等离子体等方面都有很大的应用潜力，其形成机制的研究对超短脉冲与物质相互作用的理解具有重要的作用。本项目将飞秒激光诱导纳米周期结构与多光束干涉技术相结合，在不同材料中制备偏振依赖的三维微纳复合周期结构，发展偏振调节的方法，提高微纳复合周期结构的多样性。通过理论计算多光束干涉的三维强度花样和偏振花样，结合飞秒激光诱导纳米周期结构的形成机理，揭示三维微纳复合周期结构的形成机制。利用飞秒激光照射材料后产生的偏振光学特性，研究不同类型的微纳复合周期结构的双折射现象及偏振衍射效应，探索其在偏振微光学器件方面的应用。这一研究开拓了激光纳米加工的新方法，为偏振微光学器件的制备提供了新思路。

飞秒激光诱导表面周期结构是国际上的研究热点之一，其揭示了超短脉冲激光与物质相互作用的现象与机理，并在激光纳米加工、材料改性、表面等离子体等方面都有很大的应用潜力。本项目发展了超快泵浦-探测成像技术，建立了高时间、空间分辨的显微成像系统，实时地观测到了飞秒激光诱导材料表面周期条纹的时间演化过程，得到了大量的飞秒激光诱导周期条纹形成过程的时间、空间信息，并据此解释其形成机制。此外，将飞秒激光诱导短周期纳米结构与激光多光束干涉相结合，制备花样繁多的微纳复合周期结构。通过偏振调节的方法，提高微纳复合结构的多样性。这一研究开拓了激光纳米加工的新方法，为微纳结构的制备提供了新思路。微纳复合周期结构还极大地增强ZnO等发光材料的光致发光强度，这在光子晶体、平板显示等方面都具有潜在的应用价值。同时，使用大数值孔径的显微物镜会聚激光，利用飞秒激光直写技术制备了宽度小于40nm的单纳米凹槽以及间隔为150nm的双纳米凹槽结构，进一步地制备了周期分别为150nm、300nm和1000nm的纳米光栅以及150nm的纳米方格结构。150nm的周期极大地突破了激光的衍射极限，实现了在半导体、电介质、金属等材料表面功能性超分辨纳米结构的制备。这在纳米光子学、等离激元、微流体、生物传感及光电子器件上都具有应用价值。