光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助-飞秒激光加工方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115815793A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211398957.7B23K26/073(2006.01)(22)申请日2022.11.09B23K26/382(2014.01)B82Y40/00(2011.01)(71)申请人之江实验室地址311121浙江省杭州市余杭区之江实验室南湖总部申请人浙江大学(72)发明人陈智钟理京王宇莹杨弈许贝贝刘小峰谭德志马志军邱建荣(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200专利代理师林超(51)Int.Cl.B23K26/0622(2014.01)B23K26/064(2014.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助-飞秒激光加工方法(57)摘要本发明公开了一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法。在目标加工物的光学各向异性晶体上通过光学接触放置更厚的光学各向同性晶体作为球差增强辅助物，飞秒激光透射经过球差增强辅助物后入射并聚焦到目标加工物内产生自聚焦拉丝效应，而诱导材料局域改性成纳米拉丝诱导区域；再用特定酸性溶液湿法刻蚀，纳米拉丝诱导区域被刻蚀形成孔径可控、高深‑径比的纳米孔。本发明可对任意光学各向异性晶体内部三维空间进行诱导加工，还可调节制备高深‑径比的纳米孔结构，克服了传统方法只能在材料表面加工低深‑径比的纳米孔结构缺点，制备更小尺寸、均一、可控的纳米孔结构，具有高效、稳定、低廉的三维空间可控的纳米加工特点。CN115815793ACN115815793A权利要求书1/1页1.一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于，方法针对所需加工的一块光学各向异性晶体作为目标加工物，具体包括以下过程：首先在目标加工物的一侧上光学接触放置比目标加工物厚度更厚的另一块光学各向同性晶体作为球差增强辅助物，施加从球差增强辅助物到目标加工物方向的飞秒激光透射经过球差增强辅助物后入射并聚焦到目标加工物的内部，，进而在目标加工物的光学各向异性晶体内部自聚焦拉丝诱导材料局域改性而形成纳米拉丝诱导区域；然后将目标加工物采用特定的酸性溶液湿法刻蚀，使得纳米拉丝诱导区域被刻蚀形成孔径可控、高深‑径比的纳米孔。2.根据权利要求1所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：所述的目标加工物的光学各向异性晶体的材料为蓝宝石Sapphire、铌酸锂晶体等。3.根据权利要求1所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：所述的球差增强辅助物的光学各向同性晶体的材料为YAG、LuAG、金刚石晶体等。4.根据权利要求1所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：通过非球面镜的聚焦物镜将飞秒激光聚焦在作为目标加工物的光学各向异性晶体的内部任意相对位置处进行曝光，使得被曝光后的晶体局域空间材料的微观原子排布和疏松程度发生改变，进而形成纳米拉丝诱导区域。5.根据权利要求1所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：所述纳米孔的孔径是由飞秒激光的输出波长、脉宽、重频、功率、曝光脉冲数等参数调控。6.根据权利要求4所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：所述纳米孔的深‑径比是由在作为目标加工物的光学各向异性晶体的折射率以及作为辅助物的光学各向同性晶体的厚度、聚焦物镜的工作距离、飞秒激光的功率等参数调控。7.根据权利要求1所述的一种光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法，其特征在于：所述采用酸性溶液进行湿法刻蚀，具体为：首先，在目标加工物置于酸性水溶液的容器之前，将目标加工物的一个表面抛光至纳米拉丝诱导区域暴露于表面；其次，将目标加工物先后通过去离子水、丙酮、酒精分别超声清洗；然后，将目标加工物置于酸性溶液的容器中，将容器进行超声震荡扰动下刻蚀；刻蚀结束后，再取出目标加工物先后通过去离子水、丙酮、酒精分别超声清洗，即可获得纳米孔结构。2CN115815793A说明书1/6页光学各向异性晶体纳米孔的湿法辅助‑飞秒激光加工方法技术领域[0001]本发明涉及激光加工领域的一种飞秒激光加工方法，特别涉及了一种湿法辅助‑飞秒激光在光学各向异性晶体中加工“孔径可控、高深‑径比的纳米孔”的方法。背景技术[0002]众所周知，硅基微电子芯片的发展逐渐接近摩尔定律预测的极限——即在21世纪20年代左右单个晶体管的尺寸应该与原子直径相当。为了迎接后摩尔时代的到来，光子芯片有着得天独厚的优势：集成度高、光信号串扰低、能耗低、抗辐射等，而纳米光子器件(包括：纳米激光器、光子传感器、光放大器、光调制器、光开关等)的成