[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于调谐LIPSS的金属偏振光栅制备

摘要： 近年来，表面纳米结构化技术因其广泛的应用优势而备受关注。其中，激光诱导周期性表面结构（LIPSS）已被证实可用于表面功能化[1]。当大多数材料受到线偏振辐射照射时，会产生这种周期性结构。这些结构的取向直接取决于入射光的偏振方向，而其形貌的其他参数（如周期和深度）则可通过入射光的脉冲数量、能量密度、波长及脉冲持续时间进行调控。基于其周期性特征，LIPSS在光学上表现为纳米光栅[2]，这类结构作为偏振转换器（或称偏振光栅PG）已被深入研究。偏振光栅能对入射光引入相位差从而改变其偏振态[3]，因此可作为反射式波片应用[4]，相比透射式波片具有更高损伤阈值和更低脉冲时间色散的优势。目前偏振光栅主要通过直接激光干涉或光刻法制备[5]，但这些方法存在结构周期选择有限、制备工艺复杂且不环保等缺陷，而基于LIPSS的制备方法可有效克服这些问题。 为制备基于LIPSS的偏振光栅，研究人员采用800纳米飞秒钛宝石激光器辐照不锈钢样品。激光通过焦距10厘米的柱面透镜聚焦于样品表面，机械载物台以恒定速度垂直于光束方向移动，在数秒内即可在5毫米×5毫米大面积区域制备LIPSS。通过调节激光能量密度和载物台移动速度，可获得不同参数的LIPSS结构。原子力显微镜与扫描电镜表征结果（图1a）显示，样品形貌与激光椭圆率变化呈梯度对应关系（图1b），且LIPSS几何特征随工艺参数平滑改变。实验证实了基于LIPSS的偏振光栅可成功制备，且其性能可通过调控LIPSS形貌进行调节，该结论与不同LIPSS形貌的FDTD模拟结果高度吻合。