纳米球辅助飞秒激光超衍射极限加工的研究

发布时间：2023-02-05 12:28

　　目前器件的小型化是生物医疗、机械电子以及国防科技等领域发展的必然趋势,如何实现超过激光光学衍射极限的纳米结构制备是当前的主要研究方向之一。纳米球辅助飞秒激光加工具有操作简单、加工精度高以及具有大面积加工潜力等独特优势,现在已经成为飞秒激光微纳加工的重要方式。其原理为飞秒激光通过纳米球可在基底表面诱导产生空间尺寸为纳米量级的增强局域近场,在极小的空间内达到基底材料的烧蚀阈值并实现材料精确去除,形成表面结构。本文采用数值仿真和实验研究相结合的方法,对纳米球辅助飞秒激光在二氧化硅基底表面的超衍射极限加工进行了系统的研究,主要内容如下:对于纳米球辅助单脉冲飞秒激光加工,通过时域有限差分方法（Finite Difference Time Domain）进行数值仿真,分别获得了不同直径的二氧化硅球和金球在不同入射波长条件下诱导二氧化硅基底表面的电场变化规律。基于仿真结果,在直径200 nm、500 nm的二氧化硅球和直径200 nm的金球辅助下,利用波长800 nm的飞秒激光,在二氧化硅基底表面成功制备出超衍射极限的纳米结构,结构形貌与仿真获得的基底表面电场分布基本符合。进一步,针对介电纳米球近场... 

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及研究的目的和意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究目的
        1.1.3 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 纳米球辅助飞秒激光加工的国内外研究现状
            1.2.1.1 金属纳米球辅助飞秒激光加工的研究现状
            1.2.1.2 介电纳米球辅助飞秒激光加工的研究现状
            1.2.1.3 基底材料对纳米球辅助飞秒激光加工的影响
            1.2.1.4 飞秒激光波长对纳米球辅助加工的影响
        1.2.2 飞秒激光脉冲序列纳米加工的国内外研究现状
    1.3 论文的主要内容
第2章 纳米球辅助单脉冲飞秒激光加工的研究
    2.1 引言
    2.2. 单脉冲飞秒激光激发纳米球近场特性的数值仿真研究
        2.2.1 数值仿真模型
        2.2.2 单脉冲飞秒激光激发二氧化硅纳米球的近场特性
        2.2.3 单脉冲飞秒激光激发金纳米球的近场特性
    2.3 纳米球辅助单脉冲飞秒激光加工的实验研究
        2.3.1 实验装置与方法
        2.3.2 样品制备
        2.3.3 二氧化硅纳米球辅助单脉冲飞秒激光加工
        2.3.4 金纳米球辅助单脉冲飞秒激光加工
    2.4 本章小结
第3章 介电纳米球辅助双脉冲飞秒激光加工的研究
    3.1 引言
    3.2 双脉冲飞秒激光激发纳米球近场特性的数值仿真研究
        3.2.1 数值仿真方法
        3.2.2 飞秒激光激发二氧化硅材料电子动力学过程的数值仿真
            3.2.2.1 自由电子的产生
            3.2.2.2 材料光学参数的变化
            3.2.2.3 计算结果
        3.2.3 双脉冲飞秒激光激发二氧化硅纳米球近场特性的数值仿真
    3.3 二氧化硅纳米球辅助双脉冲飞秒激光加工的实验研究
        3.3.1 实验装置与方法
        3.3.2 二氧化硅纳米球辅助双脉冲飞秒激光加工
    3.4 本章小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 创新点
    4.3 展望
参考文献
附录 A 相关程序代码
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3734970