飞秒矢量光束生成及其微纳加工应用研究
发布时间：2023-01-28 12:34
在自然界中,具备从纳米到微米多尺度特征的微纳复合结构赋予了生物表面独特的光学、力学、润湿性等性能。通过仿生学手段,制备与生物表面具有相似或更加优异功能的人造织构具有广阔的应用前景,但如何实现跨尺度表面织构的设计与高效制造仍然具有挑战性。飞秒激光加工技术是最为前沿和最具潜力的微纳加工技术之一,但利用传统的高斯光束直写加工方式难以形成多样化、多尺度的微纳复合结构。因此,本课题从材料表面多尺度微纳复合结构的制备方法出发,旨在利用飞秒激光直写微纳加工的优点,致力于开发一种通过偏振态调控丰富激光诱导形成表面微纳结构的多样性的新工艺,并通过矢量光束的动态调控拓展加工的自由度。在矢量光束的基本原理及其描述方法的研究基础上,利用波片和基于空间缓变结构的超表面偏振转换器的偏振调制实现了高阶庞加莱球光束与杂化偏振矢量光束,分析了波片级联方式对偏振的影响及偏振态的演化规律。基于对标量光束和矢量光束的斯托克斯参量测试,分析了不同偏振态光束的偏振特性,验证了矢量光束的实验生成结果。以单晶SiC材料为研究对象,对飞秒激光诱导表面微纳结构进行了实验研究,并对其形成过程中激光与材料的相互作用机理进行了分析。通过与线偏...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 多尺度复合织构及其制备方法
1.1.2 飞秒激光微纳加工技术
1.1.3 课题研究的目的和意义
1.2 矢量光束生成及其微纳加工研究现状
1.2.1 矢量光束的产生
1.2.2 矢量光束微纳加工
1.2.3 国内外研究现状简析
1.3 主要研究内容
第2章 矢量光束的偏振特性及实验生成
2.1 引言
2.2 偏振态的描述
2.2.1 琼斯矢量和琼斯矩阵
2.2.2 斯托克斯参量和庞加莱球
2.3 矢量光束的产生
2.3.1 径向偏振和方位角偏振光束
2.3.2 杂化偏振矢量光束
2.3.3 高阶庞加莱球光束
2.4 矢量光束的测试
2.4.1 斯托克斯参量测试原理
2.4.2 不同偏振态的斯托克斯参量测试结果
2.5 本章小结
第3章 飞秒矢量光束微纳加工研究
3.1 引言
3.2 实验装置及实验条件
3.2.1 激光直写微纳加工系统
3.2.2 实验样品及实验条件
3.3 单晶碳化硅表面微纳米结构的演化规律与形成机制探究
3.3.1 单晶SiC烧蚀特性分析
3.3.2 脉冲重叠率对微纳结构的影响
3.3.3 偏振态对微纳结构的影响
3.3.4 SiC表面周期性微纳结构形成机制探究
3.3.5 SiC表面多尺度复合微纳织构制备
3.4 本章小结
第4章 矢量光束的动态调控及微纳加工
4.1 引言
4.2 空间光调制技术基本原理
4.3 理论分析与实验过程
4.4 结果与讨论
4.4.1 相位测量结果
4.4.2 斯托克斯参量测试结果
4.5 动态矢量光束的微纳加工
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型矢量光场调控:简介、进展与应用[J]. 潘岳,丁剑平,王慧田. 光学学报. 2019(01)
[2]线偏振光和圆偏振光下ZrO2和Al2O3陶瓷材料的飞秒激光烧蚀性能[J]. 张军战,张媛敏,刘永胜,张颖,刘乾. 光子学报. 2018(06)
[3]电子动态调控超快激光微纳制造[J]. 姜澜,胡洁,王国燕,孟革,许永达. 中国基础科学. 2016(05)
[4]线性、径向和环向偏振飞秒激光诱导非晶合金周期性表面结构（英文）[J]. 李晨,程光华. 光子学报. 2016(08)
[5]飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理[J]. 赵清亮,姜涛,董志伟,樊荣伟,于欣,罗健. 机械工程学报. 2010(21)
[6]偏振光斯托克斯参量的测量和应用[J]. 程敏熙,何振江,黄佐华. 红外与激光工程. 2006(S2)
博士论文
[1]新型4H-SiC紫外雪崩光电探测器的制备与表征研究[D]. 蔡小龙.南京大学 2018
[2]飞秒矢量光场空间调控及其在微纳加工中的应用[D]. 娄凯.南开大学 2013
硕士论文
[1]表面功能性微纳复合结构的飞秒激光加工[D]. 谭旭东.北京理工大学 2016
本文编号：3732599
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 多尺度复合织构及其制备方法
1.1.2 飞秒激光微纳加工技术
1.1.3 课题研究的目的和意义
1.2 矢量光束生成及其微纳加工研究现状
1.2.1 矢量光束的产生
1.2.2 矢量光束微纳加工
1.2.3 国内外研究现状简析
1.3 主要研究内容
第2章 矢量光束的偏振特性及实验生成
2.1 引言
2.2 偏振态的描述
2.2.1 琼斯矢量和琼斯矩阵
2.2.2 斯托克斯参量和庞加莱球
2.3 矢量光束的产生
2.3.1 径向偏振和方位角偏振光束
2.3.2 杂化偏振矢量光束
2.3.3 高阶庞加莱球光束
2.4 矢量光束的测试
2.4.1 斯托克斯参量测试原理
2.4.2 不同偏振态的斯托克斯参量测试结果
2.5 本章小结
第3章 飞秒矢量光束微纳加工研究
3.1 引言
3.2 实验装置及实验条件
3.2.1 激光直写微纳加工系统
3.2.2 实验样品及实验条件
3.3 单晶碳化硅表面微纳米结构的演化规律与形成机制探究
3.3.1 单晶SiC烧蚀特性分析
3.3.2 脉冲重叠率对微纳结构的影响
3.3.3 偏振态对微纳结构的影响
3.3.4 SiC表面周期性微纳结构形成机制探究
3.3.5 SiC表面多尺度复合微纳织构制备
3.4 本章小结
第4章 矢量光束的动态调控及微纳加工
4.1 引言
4.2 空间光调制技术基本原理
4.3 理论分析与实验过程
4.4 结果与讨论
4.4.1 相位测量结果
4.4.2 斯托克斯参量测试结果
4.5 动态矢量光束的微纳加工
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型矢量光场调控:简介、进展与应用[J]. 潘岳,丁剑平,王慧田. 光学学报. 2019(01)
[2]线偏振光和圆偏振光下ZrO2和Al2O3陶瓷材料的飞秒激光烧蚀性能[J]. 张军战,张媛敏,刘永胜,张颖,刘乾. 光子学报. 2018(06)
[3]电子动态调控超快激光微纳制造[J]. 姜澜,胡洁,王国燕,孟革,许永达. 中国基础科学. 2016(05)
[4]线性、径向和环向偏振飞秒激光诱导非晶合金周期性表面结构（英文）[J]. 李晨,程光华. 光子学报. 2016(08)
[5]飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理[J]. 赵清亮,姜涛,董志伟,樊荣伟,于欣,罗健. 机械工程学报. 2010(21)
[6]偏振光斯托克斯参量的测量和应用[J]. 程敏熙,何振江,黄佐华. 红外与激光工程. 2006(S2)
博士论文
[1]新型4H-SiC紫外雪崩光电探测器的制备与表征研究[D]. 蔡小龙.南京大学 2018
[2]飞秒矢量光场空间调控及其在微纳加工中的应用[D]. 娄凯.南开大学 2013
硕士论文
[1]表面功能性微纳复合结构的飞秒激光加工[D]. 谭旭东.北京理工大学 2016
本文编号：3732599
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3732599.html
