介绍了一种基于多脉冲模式的皮秒激光脉冲沉积方法，采用该方法在玻璃基底和单晶硅基底上沉积了透明导电氧化锌(ZnO)薄膜，使用光谱椭偏仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、分光光度计和四探针测试仪分析了激光的不同脉冲串模式对ZnO薄膜厚度、粗糙度、表面形貌、晶体结构、光学性能以及电学性能的影响。结果表明：沉积速率随着子脉冲串数量的增加而减小；随着子脉冲串数量的增加，薄膜表面粗糙度减小，颗粒尺寸减小，薄膜变得更加致密光滑；所有样品均呈现多晶结构；ZnO薄膜的透过率在可见光区域内高于92.95%，且禁带宽度在3.317～3.427 eV范围内；薄膜电阻率随着子脉冲数量的增加而减小。相比于单脉冲，利用多脉冲沉积产生的薄膜具有更高的表面质量、更好的光学性能和更低的电阻率。

纳米材料是20世纪末期发展起来的新型材料，其以优异的特殊性能得到了广泛关注。纳米材料的制备是纳米科技中的重要领域。本文介绍了脉冲激光烧蚀法制备纳米材料的两个重要途径——脉冲激光沉积法和脉冲激光液相烧蚀法，包括这两种方法的原理、特点、应用领域以及国内外的研究进展，最后阐述了脉冲激光沉积法和脉冲激光液相烧蚀法在制备工艺和材料性能方面仍需面对的挑战以及未来的发展趋势。

采用脉冲激光沉积法在玻璃衬底上沉积掺镓氧化锌(GZO)透明导电薄膜,使用X射线衍射仪、紫外可见分光光度仪、原子力电子显微镜和霍尔测试系统,研究了氧气分压对GZO薄膜晶体结构、微观形貌以及光电性能的影响。结果表明:所有的样品都表现出六方纤锌矿结构,并具有高度的c轴择优取向生长;薄膜表面致密光滑,晶粒尺寸随氧气分压增大而先增大后减小,当氧气分压为0.5 Pa时,薄膜的结晶性最佳;沉积的GZO薄膜在可见光区域表现出高于91.97%的透过率,且禁带宽度在3.492~3.576 eV之间;随着氧气分压增大,载流子浓度与霍尔迁移率先增加后减小,电阻率先减小后增大,当氧气分压为0.5 Pa时,GZO薄膜的电阻率最低,为2.95×10 -4 Ω·cm。

二硫化钨(WS2)具有显著的可饱和吸收特性, 广泛应用于光电子器件的制备。研究了基于WS2可饱和吸收体(WS2 SA)的全光纤被动调Q掺铒光纤激光器。采用脉冲激光沉积法, 将WS2均匀生长在拉锥光纤表面, 在WS2表面镀金膜以防止其被氧化, 此方法增加了WS2 SA的抗干扰能力。利用平衡双探测器法, 测得WS2 SA的调制深度约为15.2%, 饱和强度为2.84 MW/cm2, 非饱和损耗为78%。通过旋转偏振控制器, 得到了光纤激光器在不同抽运功率下的稳定调Q输出脉冲序列; 当抽运功率在300～630 mW范围内变化时, 激光器重复频率的可调谐范围为174～250 kHz。实验结果表明, 该光纤激光器输出的最窄脉冲宽度为780 ns, 最大输出功率为18 mW, 单脉冲能量为23.5 nJ, 信噪比为85 dB, 所提出的调Q光纤激光器具有较好的稳定性。

采用脉冲激光沉积法在透明导电(ITO)玻璃衬底上制备(Bi, Er)2Ti2O7介电薄膜。当沉积温度范围控制在500～600 ℃时, 均可获得纯度较高的Bi2Ti2O7薄膜。常温下, Bi2Ti2O7薄膜的介电常数的范围为166～178, 随频率和温度变化比较稳定, 介电损耗低于0.05。通过分析光谱, 发现薄膜的上转换光谱包含发光中心为527 nm和548 nm的绿光带及发光中心为660 nm的红光带, 分别对应Er3+离子从发射能级2H11/2、4S3/2和4F9/2向基态能级4I15/2的跃迁。(Bi, Er)2Ti2O7薄膜是一种多功能材料, 有望在透明光电器件中得到广泛应用。

用脉冲激光沉积法制备类金刚石膜的实验中,保持其它实验参数不变,沉积时间分别取15、20 min和25 min来沉积类金刚石膜。用Raman光谱仪对薄膜的微观结构进行检测;用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。检测结果表明,在其它实验参数不变的条件下,沉积时间从15 min增加到20 min时,薄膜中石墨晶粒数量或体积减小,sp3/ sp2比值和薄膜密度明显增大,薄膜表面粗糙度显著降低。沉积时间从20 min增加到25 min时,薄膜中石墨晶粒数量或体积减小,但是sp3/ sp2比值和薄膜密度都没有明显改变。

为掌握机械瓣膜衬底温度对类金刚石薄膜的影响规律,在实验中保持其 它实验参数不变,机械瓣膜衬 底温度分别取室温和150°C时,用脉冲激光沉积法在机械瓣膜上制备类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对薄膜的 微观结构进行检测;用原子力显微镜对薄膜的表面形貌和粗糙度进行检测。结果表明:当其它实验参数不变 时,机械瓣膜衬底温度从室温升高到150°C时,薄膜的微观结构没有发生明显改变;薄膜表面的粗糙度减小。 类金刚石薄膜和机械瓣膜衬底之间具有很好的黏附性。

用脉冲激光在机械瓣膜上沉积类金刚石薄膜的实验中, 保持其它实验参数不变, 沉积时间分别取40 min和50 min来沉积类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对机械瓣膜衬底和薄膜的微观结构进行检测; 用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。结果表明: 机械瓣膜和薄膜的微观结构明显不同, 并且在其它实验参数不变的条件下, 沉积时间从40 min增加到50 min时, 薄膜中sp3/sp2的比值略微升高, 薄膜的密度略微增大, 薄膜中石墨晶粒的数量或体积几乎不变, 薄膜的表面形貌和粗糙度几乎不变。用脉冲激光沉积法在机械瓣膜上沉积出的类金刚石薄膜和机械瓣膜之间具有很好的黏附性。

用脉冲激光沉积法制备类金刚石薄膜的实验。首先,衬底温度分别取室温、200 ℃、400 ℃和600 ℃在Si衬底上沉积类金刚石薄膜;其次,衬底温度分别取400 ℃和600 ℃在316L医用不锈钢衬底上沉积类金刚石薄膜。用Raman光谱仪对各种参数的薄膜样品进行检测。结果表明: 在其它实验参数不变的条件下,衬底材料的改变不会导致薄膜微观结构发生明显改变;但是衬底温度升高将导致薄膜中sp2键和sp3键含量的减少、sp3/sp2比值减小、非晶态的sp2键向石墨相的转化并发生晶化、石墨晶粒的数量增多或体积增大。

为了研究脉冲激光沉积法中衬底温度和距离对类金刚石薄膜的影响,首先温度保持在200
C, 靶和衬底间的距离分别取25.0 mm和30.0 mm来沉积类金刚石膜。其次温度保持在400
C, 距离分别取25.0 mm和30.0 mm来沉 积类金刚石膜。用Raman光谱仪对薄膜的微观结构进行检测,用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行检测。实验结 果表明:距离增加或者温度升高都会导致类金刚石薄膜的密度和sp3/sp2的比值减小,薄膜中石墨晶粒的数量增多和体积增大。 近距离时温度的变化和低温时距离的变化对薄膜微观 结构产生的影响更明显。距离和温度的变化对类金刚石薄膜的表面形貌也产生显著的影响。