【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于集成光學，具體涉及一種飛秒激光結合離子注入室溫下制備介電晶體表面周期性結構的方法。
技術介紹
1、公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
2、隨著激光微納加工技術的發展，光學器件的尺寸也在不斷減小，其中，由飛秒激光制備的表面周期性結構是一種典型的納米級光學結構。它作為飛秒激光減材制造領域內邁向納米甚至亞納米級別精細結構的跳板，衍生出了一系列突破性的科研成果，如：光學fib效應，激光永久光存儲等。通常地，激光誘導的周期性結構普遍存在于金屬與半導體材料的表面，但對于介電晶體材料而言，由于它們的化學與物理性質穩定，相較之下難以通過單一的“純物理”手段對材料進行加工，如在鈮酸鋰晶體中只有在外界溫度達到1000℃左右的時候才能達到規則的周期性納米結構的效果。
3、因此，急需要提出一種操作簡單、條件溫和的介電晶體材料表面周期型結構的制備方法。
技術實現思路
1、為了解決現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種飛秒激光結合離子注入室溫下制備介電晶體表面周期性結構的方法，本專利技術提供的一種離子注入結合飛秒激光直寫加工的方式室溫下在介電晶體表面制備周期性納米結構，可以適用于常見的鐵電晶體表面，易加工，工序簡單、時間短、成本低，為飛秒激光新型微納加工提供了新的方法，拓展了激光誘導的周期結構的適用范圍。
2、為了實現上述目的，本專利技術
3、本專利技術的第一個方面，提供一種飛秒激光結合離子注入室溫下制備介電晶體表面周期性結構的方法，包括：
4、利用金屬離子對介電晶體表面進行轟擊，形成注入層；
5、將飛秒激光聚焦于所述介電晶體的注入層表面，降低所述介電晶體的位置，通過移動介電晶體的位置在注入層表面刻線，獲得表面周期性結構。
6、離子注入已被廣泛認為是一種杰出的表面材料改性方法，適用于100多種光學材料。本專利技術采用離子注入結合飛秒激光直寫室溫下制備介電晶體表面周期性結構。在離子注入過程中，進入介電晶體的帶電金屬離子在與介電晶體材料的原子核和電子相互作用時會逐漸失去能量，最終在近表面區域停止，形成注入層。因此，可以在離子輻照區實現所需的特定材料特性改變，如波導制造中的折射率的變化。本專利技術通過精心選擇離子種類和注入參數，離子注入能夠在電介質近表面區域合成嵌入式金屬納米顆粒。這些金屬納米顆粒表現出局部表面等離子體共振效應，大大提高了增強、修改和調節電介質固有光學特性。離子注入同時實現了金屬納米顆粒和介電晶體的材料集成，并在近表面體積內實現了等離激元共振效應和多種光電特性的功能融合，從而形成了“金屬納米顆粒+晶體”復合表面層，有望實現多功能集成應用。顯然，與化學合成的金屬納米顆粒相比，離子注入合成的金屬納米顆粒由于被電介質基質包裹，因此具有顯著的環境穩定性。本專利技術采用離子注入結合飛秒激光直寫加工的方法，在飛秒激光的誘導下，注入層內的金屬納米顆粒聚集，由游離的金屬元素聚集為納米顆粒或聚集為更大的納米顆粒。再通過調整激光的能量，可實現大面積激光誘導的表面周期結構的制備，同時，調節激光的偏振方向，可實現對周期結構的方向的調控，為基于鐵電晶體表面大規模表面周期結構的制備提供了可行的方案，在飛秒激光減材微納制造領域具有廣闊的應用前景。
7、在本專利技術的一些實施例中，所述方法還包括介電晶體預處理的步驟，預處理后，再利用金屬離子對介電晶體表面進行轟擊；
8、其中，所述預處理包括：將介電晶體切割，拋光，清洗。
9、在本專利技術的一些實施例中，所述切割為將介電晶體切割成1×1×0.2cm3的晶體塊。
10、在本專利技術的一些實施例中，所述拋光為將切割后的介電晶體相對的兩個側面和一個大面進行拋光。
11、需要說明的是，術語大面即為介電晶體中面積較大的面，術語側面即為介電晶體中面積較小的面。如介電晶體切割成1×1×0.2cm3的正方形晶體塊，其中1×1cm2的面即為大面，1×0.2cm2的面為側面。
12、需要說明的是，所述拋光采用常規的拋光技術進行即可。
13、在本專利技術的一些實施例中，所述清洗為分別采用丙酮、酒精和去離子水對拋光后的介電晶體進行超聲清洗。
14、在本專利技術的一些實施例中，所述介電晶體為鉭酸鋰(litao3)晶體或鈮酸鋰(linbo3)晶體。
15、在本專利技術的一些實施例中，所述金屬離子為金粒子或銀離子。
16、在本專利技術的一些實施例中，所述轟擊，金屬離子的能量為70-400kev，劑量為5×1016ions/cm2。
17、需要說明的是，本專利技術采用金屬離子注入的方式，在鐵電晶體表面下形成一層納米量級的具有金屬元素或金屬納米顆粒的注入層，在注入層游離著金屬元素或形成尺寸較小的金屬納米顆粒，可以有效地將金屬元素引入介電環境中?？赏ㄟ^調節金屬離子的能量，改變注入層內金屬元素的狀態。專利技術人研究發現，隨著金屬離子能量的提高，注入層的金屬從游離金屬元素逐漸變為金屬納米顆粒。當金屬離子的能量≥160kev時，注入層內的金屬為金屬納米顆粒。
18、在本專利技術的一些實施例中，所述注入層位于轟擊的介電晶體表面以下，所述注入層的厚度為60-100nm。
19、在本專利技術的一些實施例中，用于加工的飛秒激光的脈沖寬度為110fs，重復頻率為1khz，中心波長為800nm，掃描速度為0.01-1mm/s。
20、在本專利技術的一些實施例中，降低所述介電晶體的位置后，介電晶體與飛秒激光焦點的距離為5-20μm。
21、需要說明的是，將飛秒激光聚焦于介電晶體的注入層表面，后降低樣品，將樣品離焦后以獲得更大面積的表面周期結構及更寬的能量調節范圍。調節能量使得由飛秒激光輻射過的區域在顯微鏡下分別呈現出白色與灰色區域，其中白色區域主要為金屬元素聚集階段，灰色區域為表面周期結構形成的主要階段。
22、在本專利技術的一些實施例中，用于表征加工區域形貌的光學顯微鏡為蔡司光學顯微鏡。
23、本專利技術的有益效果為：
24、本專利技術提供了一種飛秒激光結合離子注入室溫下制備介電晶體表面周期性結構的方法。本專利技術采用金屬離子注入的方式，在鐵電晶體表面下形成一層納米量級的具有金屬元素或金屬納米顆粒的注入層，在注入層游離著金屬元素或形成尺寸較小的金屬納米顆粒，可以有效地將金屬元素引入介電環境中。再結合飛秒激光直寫加工，在飛秒激光的誘導下，注入層內的金屬納米顆粒聚集，由游離的金屬元素聚集為納米顆?；蚓奂癁楦蟮募{米顆粒。當飛秒激光輻照在納米顆粒時，激光會對顆粒產生強電離作用，使得納米顆粒周圍產生局域表面等離激元共振，在納米顆粒周圍產生巨大內電場，同時會電離出自由電子產生傳輸型表面等離激元，形成表面周期結構。再通過調整激光的能量，可實現大面積(1×1cm2)激光誘導的表面周期結構的制備，同時，調節激光的偏振方向，可實現對周期本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種飛秒激光結合離子室溫下注入制備介電晶體表面周期性結構的方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括介電晶體預處理的步驟，預處理后，再利用金屬離子對介電晶體表面進行轟擊；
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述拋光為將切割后的介電晶體的兩個側面和一個大面進行拋光。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述清洗為分別采用丙酮、酒精和去離子水對拋光后的介電晶體進行超聲清洗。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述介電晶體為鉭酸鋰晶體或鈮酸鋰晶體。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬離子為金粒子或銀離子。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述轟擊，金屬離子的能量為70-400keV，劑量為5×1016ions/cm2。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入層位于轟擊的介電晶體表面以下，所述注入層的厚度為60-100nm。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，用于加工的飛秒激光的脈沖寬度為110fs
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，降低所述介電晶體的位置后，介電晶體與飛秒激光焦點的距離為5-20μm。
...【技術特征摘要】
1.一種飛秒激光結合離子室溫下注入制備介電晶體表面周期性結構的方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括介電晶體預處理的步驟，預處理后，再利用金屬離子對介電晶體表面進行轟擊；
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述拋光為將切割后的介電晶體的兩個側面和一個大面進行拋光。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述清洗為分別采用丙酮、酒精和去離子水對拋光后的介電晶體進行超聲清洗。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述介電晶體為鉭酸鋰晶體或鈮酸鋰晶體。
6.如權利要求1所述的方法，其特...
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