南方科技大學在Nature Communications, Advanced Optical Materials, Laser & Photonics Reviews, Nano Letters, ACS Applied Materials & Interfaces等激光微納米製造領域高水平期刊上發表係列論文，內(nei) 容涉及激光亞(ya) 波長圖案化納米製造、激光誘導周期性納米光柵製造、線形脈衝(chong) 激光跨大尺度微納複合製造、耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體(ti) 刻蝕製造等。

近日，南方科技大學機械與(yu) 能源工程係助理教授徐少林團隊圍繞“激光超分辨率納米製造”主題，在Nature Communications, Advanced Optical Materials, Laser & Photonics Reviews, Nano Letters, ACS Applied Materials & Interfaces等激光微納米製造領域高水平期刊上發表係列論文，內(nei) 容涉及激光亞(ya) 波長圖案化納米製造、激光誘導周期性納米光柵製造、線形脈衝(chong) 激光跨大尺度微納複合製造、耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體(ti) 刻蝕製造等。

在激光亞(ya) 波長圖案化納米製造方麵，大麵積無拚接超衍射極限圖案化納米製造在半導體(ti) 及光學微納器件等領域具有至關(guan) 重要的作用，開發低成本、高效率製備技術及配套設備對於(yu) 上述領域的高質量發展具有極其重要的意義(yi) 。研究人員利用準二元相位掩模對光束進行偏振過濾，結合偏振與(yu) 相位優(you) 化，得到了具有亞(ya) 波長圖案化波前的超快激光脈衝(chong) ，使用快速掃描形成脈衝(chong) 分離進行周期性改性/燒蝕，在大氣環境下實現了晶圓級表麵圖形化微納結構的均勻高效製造。製備的圖案化結構在設計上高度自由可控，且具有亞(ya) 波長圖形分辨率（520 nm波長實現了300 nm的圖形分辨率），無拚接現象。研究人員設計並加工了超表麵吸收器器件，在中紅外波段（3-7微米）實現了高達98%的單峰和雙峰吸收率。上述開發的高效激光亞(ya) 波長圖案化加工方法具有普適性，且能夠適用於(yu) 任意薄膜材料的圖案化加工。

圖1. 新型亞(ya) 波長圖案化整形脈衝(chong) 激光光刻技術在激光誘導周期性納米光柵可控製造方麵，激光誘導周期性表麵結構（LIPSS）能夠突破光的衍射極限，獲得亞(ya) 波長（~λ/2）至超深亞(ya) 波長（~λ/8）分辨率的納米光柵結構，但其結構的空間長程無序性限製了其在工業(ye) 界的應用。研究人員基於(yu) 對超快激光激發表麵等離激元波幹涉現象的研究，首次係統解釋了激光誘導納米光柵結構空間分布紊亂(luan) 的成因，並提出了相應的調控策略，即利用表麵等離激元波幹涉所引起的自對準現象，實現了長程有序亞(ya) 波長光柵結構的高效大麵積製備。進一步，對超快光源進行光束整形，形成均勻一致的線光源，通過調整激光加工策略，在單次掃描中穩定實現了成千上萬(wan) 二維陣列單元的自發生成，達到了在晶圓級大小樣品上高效製備均勻二維納米結構的目的。

圖2. 基於(yu) 激光誘導周期性表麵結構自對準現象開發的高效二維納米圖案化技術

在線形脈衝(chong) 激光跨大尺度微納複合製造方麵，跨大尺度分級金屬微納米網格結構（亞(ya) 100nm至數微米尺度）是提高透明柔性電子器件的透光性、導電性和機械穩定性的一種有效途徑，然而高效經濟地製備上述微納複合結構仍極具挑戰性。研究人員創造性地提出了一種單步無掩膜線形脈衝(chong) 激光光刻技術，通過調製線形脈衝(chong) 光源的分離燒蝕，可高效製備線寬從(cong) 50 nm至數微米連續可調的金屬網格線。研究人員利用該技術設計並製備了一種柔性透明電極，在保證透過率大於(yu) 80%的前提下，得到了4.6 Ω/sq的薄層電阻，在經過1000次的抗彎測試後仍能保持良好的光電性能。進一步，研究人員將該技術應用於(yu) 製備一種柔性多向應變傳(chuan) 感器，利用單層薄膜實現了多向應變傳(chuan) 感的功能，且在靈敏度和響應性方麵都具有顯著優(you) 勢，且顯示出良好的機械穩定性和循環穩定性。

圖3. 線形脈衝(chong) 激光光刻用於(yu) 跨大尺度微納複合製造在耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體(ti) 刻蝕製造方麵，表麵納米結構可有效減低界麵處的菲涅爾反射，從(cong) 而提高光學窗口的透過性，實現表麵增透的應用。然而納米錐等表麵結構在受到摩擦或顆粒撞擊時易發生磨損和斷裂導致性能失效，這限製了其在極端環境下的應用。研究人員巧妙地設計了一種微框架結構，對表麵納米錐陣列進行保護，使得製備的納米錐增透表麵同時具備了高抗磨損性能。結合超快激光加工與(yu) 幹法刻蝕技術，研究人員提出了一種區域化激光摻雜複合幹法刻蝕技術，在石英玻璃、本征SiC等光學窗口表麵驗證了高透過率、長耐久性光學增透窗口的製造可行性。該研究提出的設計製造方法，能夠有效解決(jue) 增透表麵的耐久性難題，有望推動極端環境下光學增透窗口的研究與(yu) 應用。

圖4. 耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體(ti) 刻蝕製造

信息來源：南方科技大學