课题基金 / 基金详情

多维整形超快激光诱导高空间频率周期表面纳米结构的超快动力学

批准号:
12074123
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
贾天卿
依托单位:
学科分类:
光与物质相互作用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾天卿

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
20年来,大量文献报导了飞秒激光诱导高空间频率表面周期结构(HSFL)。亟待解决的问题主要是两方面: HSFL的形成机制;高效率制备一致、规则的HSFL。.目前主要采用扫描电镜等方法,研究凝固表面的HSFL。本项目创新发展泵浦-探测方法,利用红外光飞秒激光作为泵浦光,紫外光激光作为探测照明光。发展激光空间、时频域多维整形,调控在探测光相平面上泵浦光的焦斑面积与空间分布,建立高空间分辨(<200nm)高时间分辨的超快成像系统,研究HSFL的超快过程。开展飞秒激光诱导HSFL的理论研究,揭示HSFL的形成机制。.多脉冲累积照射会出现周期纳米结构的扭曲、分叉、断裂等。本项目综合超快成像、时频域与空间整形等,调控表面波(表面波代表有待深入研究的HSFL的起源)的相干共振增强与热效应的抑制,发展高效率制备一致、规则HSFL的新原理、新方法,研究在偏振微光学元器件、超表面、表面特性调控等领域的应用。
英文摘要
In the last two decades, a large amount of researches focuse on femtosecond laser-induced periodic surface structures (LIPSS), especially high spatial frequency LIPSS (HSFL). There are two key problems to be solved: one is the formation mechanism of HSFL, and the other is how to fabricate regular and uniform HSFL..SEM and AFM are widely used to study the HSFL of the solidified surface after laser ablation. In this project, 1030 nm femtosecond laser is used as the pump laser, and the 343 nm laser is the illumination light. We study spatiotemporal shaping of pump laser to adjust the focal spot area and intensity distribution at the phase plane of the probe light. Establish the ultrafast imaging set-up with a high spatial resolution (<200nm) and high temporal resolution, and study the ultrafast process of the formation of HSFL. Develop a theoretical model to study the interaction between femtosecond laser and sample surface, and reveal the formation mechanism of HSFL..The fabrication of uniform and regular periodic surface nanostructures requires the enhanced periodic energy deposition and the reduced residual heat of laser ablation. By integrating ultrafast imaging and spatiotemporal shaping, coherently enhance the surface waves and periodic deposition of laser energy, and depress thermal effects of laser ablation. Efficiently fabricate HSFL with high uniformity and regularity. In the last, we will explore the applications of HSFL in the fields of birefringence optical elements, metasurfaces, and surface property manipulation.
随着飞秒激光技术的迅速发展,飞秒激光在金属、半导体、透明介质中诱导周期纳米结构,以及在双折射微元器件、表面着色、浸润性、吸收与发光增强、拉曼信号增强等领域的应用引起了人们广泛的关注。然而,高空间频率周期结构(HSFL)的形成机制还不清楚,高效率制备规则HSFL的方法亟待开拓。.经过项目组成员的努力,基于 800nm,30fs的激光器,建立了高时空分辨的超快成像系统,实现了在硅表面预制的低空间频率周期结构(LSFL)上,通过单脉冲飞秒激光辐照对高空间频率周期结构(HSFL)动态演化的实时观测与分析,发现预制LSFL脊部内的纳米空腔或纳米等离子体通过局域增强效应引发了LSFL的分裂,而热流体动力学效应推动了分裂后结构的均匀化,并最终形成HSFL。这种纳米结构的生成过程不仅进一步完善了HSFL形成机制的理论认知,同时为开发高精度的纳米加工技术提供了坚实的实验基础。.基于自主研发的超快激光空间、时频域、偏振多维整形系统,调控电子、声子与等离激元激发的新原理、新方法,研究硅等材料表面高质量、高效率、跨尺度的超快激光纳米加工,光栅周期分别为Λ/2、Λ/3和Λ/4(Λ=750nm)。线宽粗糙度与规则性达到EUV光刻水平。该研究为实现高精度、大面积、低成本的纳米制造提供了创新方法,并为光学存储、结构色以及高灵敏度光电器件的开发奠定了坚实基础。.在项目执行过程中培养了1个博士后,4个博士研究生和4个硕士研究生,发表了研究论文21篇,其中SCI收录的研究论文14篇,SCI收录论文4篇,其他论文3篇,申请发明专利7项(授权4项),获得了上海市技术发明奖一等奖1项。完成了预定的研究任务。
飞秒激光诱导亚波长与深亚波长纳米周期结构的超快动力学
  • 批准号:
    11474097
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    贾天卿
  • 依托单位:
聚合物中电子激发态布居与聚合、阻聚合的超快相干控制
  • 批准号:
    11274116
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    95.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    贾天卿
  • 依托单位:
单束超短脉冲激光诱导纳米周期结构的物理机制
  • 批准号:
    10874044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    43.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    贾天卿
  • 依托单位:
国内基金
海外基金