飞秒激光加工是近年来微纳加工领域中一种重要的加工方法。飞秒激光不仅能够对材料进行表面改性、烧蚀，更具有在特定区域加工高精度三维结构的独特优势，飞秒激光加工在微纳加工领域有着广阔的应用前景。本文主要阐述了飞秒激光与金属相互作用的一般过程，介绍了飞秒激光直写加工、飞秒激光诱导产生表面周期性结构、飞秒激光复合化学方法等表面微纳结构的制备方法。然后，分别从环境工程、航空航天以及生物医学领域阐述了飞秒激光在金属表面制备微纳结构的应用。最后，对当前飞秒激光制备微纳结构的不足和未来研究方向进行总结和展望。

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题, 提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式; 构建了两种微结构模型并以0.38~0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真; 分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况, 并对两种实验元件进行实验测试; 结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比, 获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明: 入射光波长由小增大时, 光学元件透射率增大, 并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究, 以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。

为提高海洋设施聚合物涂层表面的抗生物污损性能,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物为研究对象,采用皮秒激光直接刻蚀方法,在PDMS聚合物膜表面制备了单向微沟槽、网格微沟槽、微凹坑等不同微纳结构。利用激光共聚焦显微镜观察了试样表面粗糙度和微纳结构特征,利用接触角测量仪测量了去离子水在不同试样表面的静态接触角和动态接触角。研究分析了皮秒激光加工参数对三类微纳结构PDMS膜表面粗糙度、静态接触角和动态接触角的影响,获得了具有超疏水性和强脱附性的微纳结构PDMS膜表面的皮秒激光加工方法,即:在PDMS膜表面制备网格微沟槽或微凹坑类微纳结构,微单元间距为50 μm,皮秒激光加工工艺参数为激光能量密度1.536×10 14 W/m 2,激光扫描速率200 mm/s,激光重复加工5次。研究表明,利用皮秒激光刻蚀技术在 PDMS膜表面加工制备优化设计的微纳结构,可以改善表面的超疏水性和脱附性能。聚合物膜层表面微纳结构的皮秒激光刻蚀技术在预防海洋生物污损方面具有发展潜力。

提出一种利用线偏振飞秒脉冲激光制备超疏水钛表面的方法。利用飞秒脉冲激光在钛片上辐照扫描诱导出表面微纳结构，以提高钛表面的粗糙度，并结合低表面能物质的超声处理得到具有超疏水特性的钛表面。通过改变飞秒脉冲激光辐照的能流密度来改变钛表面的粗糙度，得到不同润湿性能的钛表面。将制备的疏水和超疏水钛表面在大气环境中放置三个月，并对其表面润湿性能进行测量，结果表明，与三个月前相比，其表面润湿性能基本保持不变，即制备的钛表面具有稳定的疏水和超疏水性。