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水下持续气泡辅助飞秒激光烧蚀实现分层微纳结构加工

DOI:10.1088/2631-7990/ab729f 期刊:International Journal of Extreme Manufacturing 出版年份:2020 更新时间:2025-09-19 17:13:59
摘要: 在本研究中,我们展示了一种名为"水下持续气泡辅助飞秒激光液体烧蚀(UPB-fs-LAL)"的技术,该技术通过在硅基底上形成具有毫米级尾迹的同心圆宏观结构,极大拓展了激光烧蚀表面微/纳结构化的边界。这些长尾宏观结构由分层扇形(中心角45-141°)微/纳结构组成,它们是在UPB-fs-LAL逐线扫描过程中,通过扇形光束在移动气泡界面(≥50°光倾斜角,即垂直入射方向)折射产生的。UPB-fs-LAL过程中产生的马兰戈尼流会驱动气泡移动——快速扫描(如1 mm/s)可使气泡移动长达2 mm,而慢速扫描(如0.1 mm/s)则抑制气泡移动。当持续气泡因孵育效应显著增大(如直径达数百微米)时,其粘性会导致在气泡中心和外围区域同时发生气相与液相激光烧蚀,从而形成周期为550-900 nm(低频)、100-200 nm(高频)和40-100 nm(超高频)的激光诱导周期性表面结构(LSFLs/HSFLs/UHSFLs),最终产生复杂的分层表面结构。其中40 nm周期(小于激光波长1030 nm的1/25)是迄今在硅上实现的最精细激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。通过UPB-fs-LAL在小线间距(5 μm对比10 μm)条件下获得的扇形分层结构,因其额外层级和更精细HSFLs带来的极高光捕获能力与吸收特性,展现出极低的近红外-中红外反射率/透射率。若无持续气泡存在,则仅产生覆盖周期大于100 nm HSFLs的沟槽,这揭示了不同曲率持续气泡对激光参数(如重复频率、能量、入射角等)具有独特的衰减调控能力。本研究为多样化微/纳结构制备提供了一种简便经济的通用方案,适用于多种应用场景。
作者: Koji Sugioka,Dongshi Zhang,Bikas Ranjan,Takuo Tanaka
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研究概述 实验方案 设备清单

研究某种特定草药对特定疾病的治疗效果。

对汇总结果进行深入分析与总结,着重强调可解释性与前瞻性。基于这些结果,进一步提炼核心发现、研究意义及未来研究建议。

实验的技术和应用限制,以及潜在的优化领域。

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