表面周期性结构概述

使用了线偏振长脉冲激光辐照半导体材料后在其表面观测到了一系列周期性条纹，这类条纹结构后来被称作激光诱导表面周期性结构（LIPSS），LIPSS是一种特殊的表面光栅结构。

当使用接近材料损伤阈值的偏振脉冲辐照金属、半导体、绝缘材料、陶瓷和聚合物等固体材料时，在其表面都可以观测到一系列与激光偏振方向垂直或平行的周期性波纹。LIPSS包括周期为波长量级的低频率周期性结构（LSFL）和亚波长量级的高频率周期性结构（HSFL）。

通常情况下，LSFL的条纹方向垂直于入射激光的偏振方向，HSFL的条纹方向平行于入射激光的偏振方向。然而对于超合金和透明电介质等材料，LSFL的条纹方向平行于激光的偏振方向，HSFL的条纹方向垂直于激光的偏振方向。材料的厚度对LIPSS的条纹取向也可能造成影响。

激光诱导表面周期性结构优势

材料表面的微结构可以显著改变材料的特性，而且在实际工业生产中具有很强的应用价值。传统的表面微结构加工方法包括机械切除、酸腐蚀、磨砂和喷砂等，加工精度受到机电控件控制精度的限制，难以继续提高。酸腐蚀和喷砂等工艺使用的加工辅助材料不仅有可能损坏材料表面，还会污染环境，不满足现代工业绿色生产的要求。此外，这些传统方法对被加工表面有一定的要求，如无法对光滑的平面进行刻蚀。目前，精密加工业常使用离子束和电子束等手段来实现亚微米级的精密加工，但其设备成本高昂，且对生产环境要求苛刻，技术受制于少数几个国家。

基于此，LIPSS对材料表面特性的影响及改变等相关研究一直是一个热点。LIPSS的特性主要包括高吸收或反射率、高亲或疏水性、编码标记、光发射增强以及强着色性等，此外某些由于LIPSS可以实现微米和亚微米量级加工的特性，故被应用于纳米晶体的制备之中。

表面周期性结构在生产的应用

基于这些特点，在工业上可广泛应用于如下方面：

1.制备特殊晶体：在晶体表面诱导形成LIPSS可以使之具有特殊的属性，得以实现特定的功能，从而大大提升了科学和工业技术进步的速度

2.制备超亲或疏水性材料：超亲或疏水性是LIPSS的一个主要特性。由于超亲或疏水材料在服装业、印染工业、仪器仪表制备以及生物医学领域等有着极其广阔的应用前景。

3.制备医学材料：人体内的体液环境决定了LIPSS形成以后在增大材料亲水性的同时增强了对人体的亲和性，故近年来一些研究小组利用LIPSS实现了医学材料的制备。

4.其他：还被应用于一些特殊领域，如高能物理和监视器等方面。

表面周期性结构制备设备

津镭光电自主研发的GLFs-META系列飞秒加工系统，主要针对于光学超材料/超表面周期性微纳结构加工的设备，可配置空间光调制器进行整形，实现多光束并行加工，提高加工效率，结合大尺寸位移台可实现大尺寸光学器件的加工。该系统可用于光场调控器件，太赫兹波调制器件，等离激元，微透镜，折射元件，三维非线性光子晶体，光栅/达曼光栅等超材料或超表面器件的加工。

主要特点：

nm/nm飞秒激光器；可加工具有亚微米分辨率的复杂物体；XYZ三轴高精度样品定位；通过软件控制整个加工系统；支持整套系统的定制；提供后期加工工艺的指导；可通过升级拓展到更多器件的加工；

文章内容节选自《激光诱导表面周期性结构的研究进展》

王田宇1，2，李欣1，2*，卞进田1，2**，孙晓泉1，2***

1国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽合肥；2国防科技大学先进激光技术安徽省重点实验室，安徽合肥