中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川 广汉618307
从超疏水理论出发，基于三种典型的基本润湿性模型揭示了材料表面粗糙度与固液接触面积对于制备超疏水表面的重要性。在此基础上，综述了直接激光写入（DLW）、直接激光干涉图案化（DLIP）以及激光诱导周期性表面结构（LIPSS）方法各自的优缺点。其中：DLW方法利用高能激光束对材料表面进行烧蚀，具备较高的自由度，能在各种材料表面构建任意三维结构，但其表面加工精度较差，难以建立多层次结构；DLIP方法利用多个相干激光形成的干涉图案对材料表面进行有选择的去除，能形成更精细的周期性三维微纳米分级结构；LIPSS方法可在材料表面获得大量空间周期在数百纳米的波纹结构，但加工时间较长。最后，从制备参数、表面结构形貌以及疏水性能等方面对不同的超疏水表面制造方法进行了归纳，并对其研究现状及发展方向进行了分析和探讨。
激光技术 超疏水 激光结构化 直接激光写入 直接激光干涉图案化 激光诱导周期性表面结构 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900008
1 暨南大学光子技术研究院，广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 510632
2 广东工业大学先进光子技术研究院，广东 广州 510006
激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色，备受研究人员的广泛关注，而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构，利用其在明场和暗场的观察下具有不同的颜色特性实现图像加密应用。通过控制飞秒激光的偏振、脉冲能量和扫描速度在氧化铟锡薄膜上形成与偏振和波长相关的亚波长周期光栅，通过控制激光加工线条行间距形成大周期光栅。本文研究了激光加工能量和加工线条之间的间距对其形成双周期结构在明场和暗场显色的影响，利用不同加工参数结构在明场和暗场下显示不同的颜色实现图像加密。激光直写加工可以快速制备大面积区域，有望在商品防伪、图案装饰、超表面设计等方面发挥潜在的应用价值。
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
3 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Hefei 230037, China
In this paper, an effective method is proposed to generate specific periodical surface structures. A 532 nm linearly polarized laser is used to irradiate the silicon with pulse duration of 10 ns and repetition frequency of 10 Hz. Laser-induced periodic surface structures (LIPSSs) are observed when the fluence is and the number of pulses is 1000. The threshold of fluence for generating LIPSS gradually increases with the decrease of the number of pulses. In addition, the laser incident angle has a notable effect on the period of LIPSS, which varies from 430 nm to 1578 nm, as the incident angle ranges from 10° to 60° correspondingly. Besides, the reflectivity is reduced significantly on silicon with LIPSS.
laser-induced periodic surface structure nanostructures fluence number of pulses incident angle Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 013802
1 北京航空航天大学机械工程与自动化学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室, 北京 100191
3 北京航空航天大学国际交叉研究院, 北京 100191
4 北京航空航天大学合肥创新研究院, 安徽 合肥 230013
超快激光具有脉冲能量高、加工精度高、热影响区小等特性,在材料加工尤其是微纳加工和表面改性中具有独特优势。介绍了超快激光加工金属材料的典型数值模拟方法,综述了近十几年来关于超快激光加工金属材料过程中烧蚀、等离子体效应和周期性表面结构形成机理的数值模拟研究进展,讨论了阐述三种机理的若干种模型和局限,总结了当前超快激光加工数值模拟所面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。
激光技术 超快激光 数值模拟 激光加工 烧蚀 等离子体 周期性表面结构 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111408
1 安徽大学 电气工程与自动化学院, 合肥 230601
2 安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230039
3 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 合肥 230026
采用四个不同偏振方向的线偏振和圆偏振态飞秒激光扫描处理金属铁表面来制备不同的彩色铁。从不同角度观察被处理区域时，线偏振扫描处理的彩色区域呈现不同的色彩,而圆偏振扫描处理的区域没有明显的颜色变化。扫描电子显微镜图片显示，线偏振激光扫描处理金属铁表面形成了nm量级的激光诱导周期表面结构，其方向始终与激光偏振方向垂直；圆偏振激光扫描处理金属铁表面形成的条纹结构不明显且有大量的纳米颗粒结构。
飞秒激光 偏振 彩色铁 周期表面结构 纳米颗粒 femtosecond laser polarization color iron periodic surface structure nanoparticles 强激光与粒子束
2014, 26(1): 019002
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学光子制造科学技术中心, 江苏 镇江 212013
采用中心波长800 nm、脉宽130 fs、频率1 kHz的飞秒激光脉冲对316L不锈钢样品，在高真空环境中进行了微结构制备研究。实验获得了飞秒激光对316L不锈钢的单脉冲烧蚀阈值；并分别对高于和低于能量阈值的激光在多次脉冲下激光能量的累积效应进行了实验研究。实验结果表明：高于阈值的单脉冲能量100 μJ，随着脉冲次数的增加，分别获得了亚微米级激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、微米级波纹结构和微米级锥状钉结构；低于阈值的单脉冲能量20 μJ，在累积脉冲下也能获得LIPSS和微米级波纹结构。
激光技术 超快光学 烧蚀 能量阈值 脉冲累积 316L不锈钢 周期性表面结构 激光与光电子学进展
2013, 50(11): 111406
1 西南科技大学 理学院 激光与光电子实验室，四川 绵阳 621010
2 西南科技大学 极端条件物质特性实验室
3 四川 绵阳 621010
4 中国科学技术大学 工程科学学院，安徽 合肥 230026
采用脉宽为35~65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理，并在金属表面上制备了彩色镍图案; 设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面，亦制备了彩色图案。介绍了实验过程，分析了实验结果，扫描电子显微镜（SEM)形貌分析显示，经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构（NC-LIPSS），在镍上形成的结构周期约为480~510 nm，在不锈钢上形成的结构周期约为480~540 nm。
飞秒激光 激光诱导周期表面结构 彩色金属 表面等离子激元 femtosecond pulsed laser laser-induced periodic surface structure color metal surface plasmon polariton
1 西南科技大学 理学院， 四川 绵阳 621010
2 中国科学技术大学 工程科学学院， 合肥 230026
采用飞秒脉冲激光在空气条件下扫描处理镍片表面,制备了彩色镍。用扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、拉曼光谱仪等对其进行了表征。扫描电子显微镜测量显示，彩色镍表面出现了纳米激光诱导周期表面结构，结构周期为480～510 nm；紫外-可见-近红外分光光度计测量表明，彩色镍对波长为200～2 200 nm的光的反射率大大降低；拉曼谱表明样品表面形成了一定含量的氧化镍。
飞秒激光 激光诱导 周期表面结构 彩色镍 表面等离子激元 femtosecond pulsed laser laser-induced periodic surface structure color nickel surface plasmon polaritions
为揭示激光诱导金属表面周期结构的阈值现象及规律的物理本质,实验研究了飞秒脉冲激光在不同实验参数条件下烧蚀铜、铝、银3种金属靶材表面产生的形貌变化,提出激光能量累积效应机制来定量解释激光诱导表面周期结构(LIPSSs)存在单脉冲能量密度阈值与脉冲数阈值的原因及其变化规律。基于激光脉冲能量时空上高斯分布假设和能量累积效应,定量讨论了飞秒激光动态扫描速度和激光脉冲能量密度对产生的表面周期性结构质量的影响,理论和实验结果符合较好。
激光技术 脉冲激光烧蚀 周期性表面结构 剩余能量 扫描速度 束间间距
江苏大学 光子制造科学与技术中心， 江苏 镇江 212013
介绍了使用近阈值飞秒激光（脉宽130 fs，中心波长800 nm）烧蚀高定向热解石墨（HOPG）的实验，研究了激光强度与烧蚀深度、激光强度与烧蚀面积之间的关系，计算得到石墨的烧蚀阈值为0.44 J/cm2。使用SEM观察样品表面的烧蚀凹坑，发现两种不同的周期性纳米结构，其周期分别为400 nm和100 nm左右。通过改变脉冲数量、激光能量等参数，分析了各种结构的形成条件。
飞秒激光 烧蚀 石墨 周期性表面结构
