專利名稱：一種利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)與方法，尤其涉及一種利用激光直接從金屬離子溶液制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
金屬微納結(jié)構(gòu)具有表面等離子體等新穎的物理效應(yīng)，使其在光學(xué)器件、納米電路及電極、化學(xué)生物傳感器、醫(yī)療檢測及生物成像等方面具有極大的應(yīng)用前景。目前，金屬微納結(jié)構(gòu)的制作方面廣泛采用的自組裝法，雖然可以實(shí)現(xiàn)納米尺度的特征尺寸，但是獲得的結(jié)構(gòu)難于控制。光學(xué)光刻技術(shù)和電子束曝光技術(shù)雖然可以獲得可控的納米結(jié)構(gòu)，但是仍面臨著工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴，金屬材料耗費(fèi)多，對(duì)復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)無能為力等缺點(diǎn)。飛秒激光微納加工技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新技術(shù)，它是利用激光焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)材料對(duì)激光的多光子吸收而進(jìn)行的加工，加工區(qū)域可以控制在焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)很小的范圍，因此可以實(shí)現(xiàn)超衍射極限的三維加工。2001年，Satoshi Kawata等利用負(fù)性光刻膠SCR500獲得120nm的加工分辨率，并且加工了三維微米牛結(jié)構(gòu)，參見&it0Shi Kawata等， Nature, 2001,412 (6848) :697_698。同樣，飛秒激光微納加工技術(shù)也可用于金屬離子的多光子還原制作金屬微納結(jié)構(gòu)。2000年，Pu-Wei mi等將飛秒激光聚焦到金屬離子摻雜的透明硅膠中，利用硅膠的多光子吸收后所產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)向貴金屬離子進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移的過程， 使金屬離子還原成金屬原子，制作出金屬三維微米螺旋結(jié)構(gòu)，參見Pu-Wei mi等，Advanced Materials, 2000,12(19) :1438_1441。2006 年，日本理化研究所的 Takuo Tanaka 等用飛秒激光直接還原AgNO3水溶液中的銀離子，制作了傾斜立柱和碗形結(jié)構(gòu)，并且獲得了 400nm 的銀線，銀線的電阻率是塊狀銀電阻率的3. 3倍，參見I^akuo Tanaka等，Applied Physics Letters, 2006,88 :081107。2008年，Shoji Maruo等用飛秒激光還原聚乙烯吡咯烷酮中的銀離子，在聚合物中加工銀線。通過調(diào)節(jié)聚合物中銀離子的濃度，銀線的電阻率可以降到塊狀銀電阻率的 2 倍左右，參見 Shoji Maruo 等，Optics Express, 2008,16(2) :1174_1179。 2009年，中科院理化所的^o-Yu Cao等通過在銀氨溶液中加入表面活性劑NDSS，控制飛秒激光還原過程中銀納米顆粒的尺寸，獲得了表面形貌較光滑的120nm的銀線，銀線的形貌和分辨率都有很大突破，參I^o-Yu Cao 等，Small，2009，5 (10) :1144_1148。2010 年，吉林大學(xué)Bin-BinXu等在銀氨溶液中加入檸檬酸鈉進(jìn)行銀線加工，獲得了 125nm的銀線，其電阻率是塊體材料的10倍左右，參見Bin-Bin Xu等，Small，2010，6 (16) :1762_1766。現(xiàn)有飛秒激光多光子還原制作金屬微納結(jié)構(gòu)的發(fā)展說明，飛秒激光在金屬微納結(jié)構(gòu)制作方面具有強(qiáng)大的生命力。但是現(xiàn)有飛秒激光在金屬微納結(jié)構(gòu)制作方面僅能獲得百納米以上的加工分辨率，難于獲得納米尺度的金屬結(jié)構(gòu)。因此，需要一種能夠提高金屬微納加工的分辨率以獲得納米尺度的金屬結(jié)構(gòu)的方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、操作簡單、分辨率高的制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法。在飛秒激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的技術(shù)中，用飛秒激光光源輸出的激光束對(duì)含有待加工金屬離子的溶液進(jìn)行照射時(shí)，將激光光源調(diào)節(jié)為其輸出波長能夠使待加工的金屬離子產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)并還原為金屬納米顆粒的激光束。激光束并不在其通過的所有區(qū)域與溶液發(fā)生作用，而僅僅在激光束能量達(dá)到可以使溶液產(chǎn)生多光子吸收引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的閾值的區(qū)域進(jìn)行。溶液中被激光束的焦點(diǎn)照射的金屬離子同時(shí)吸收多個(gè)光子產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)被還原為金屬納米顆粒。在用飛秒激光束照射金屬離子溶液的同時(shí)， 施加第二光束，使剛剛形成的金屬納米顆粒在第二激光束的光鑷作用和表面等離子體熱作用下，向激光束焦點(diǎn)的中心聚集并發(fā)生熔合，得到加工分辨率更為精細(xì)的金屬納米結(jié)構(gòu)。通過將激光多光子還原、光鑷作用和表面等離子體熱作用結(jié)合，可以獲得高于單獨(dú)利用激光多光子還原金屬離子溶液所達(dá)到的加工分辨率和更復(fù)雜的金屬微納結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一激光光源，用于提供脈沖寬度為從納秒到飛秒范圍，重復(fù)頻率為ΙΗζ-ΙΟΟΜΗζ， 波長調(diào)節(jié)范圍為157nm-1064nm的第一激光束；用于調(diào)節(jié)第一激光束曝光能量的第一光衰減器；第二激光光源，用于提供波長為300nm到1064nm的第二激光束；用于調(diào)節(jié)第二激光束曝光能量的第二光衰減器；光學(xué)聚焦組件，用于將第一激光束和第二激光束聚焦到同一焦點(diǎn)；和計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)。優(yōu)選地，所述第二激光光源是連續(xù)波激光器。優(yōu)選地，所述光學(xué)聚焦組件包括分別對(duì)第一激光束和第二激光束進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束透鏡，用于將第一激光束和第二激光束疊加為沿同一光路行進(jìn)的疊加激光束的二向色鏡和反射鏡，和用于將疊加激光束聚焦的物鏡。優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)為三維微移動(dòng)臺(tái)，三維微移動(dòng)臺(tái)在X、y和Z方向移動(dòng)范圍為lnm-200mm。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，該激光系統(tǒng)包括提供第一激光束的第一激光光源，提供第二激光束的第二激光光源，用于將第一激光束和第二激光束聚焦到同一焦點(diǎn)的光學(xué)聚焦組件，和計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)，該方法包括以下步驟將承載有金屬離子溶液的樣品置于所述微移動(dòng)臺(tái)上，將第一激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬離子產(chǎn)生多光子效應(yīng)以形成金屬納米顆粒的波長，將第二激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬納米顆粒產(chǎn)生表面等離子體吸收和光鑷作用的波長，調(diào)節(jié)光學(xué)聚焦組件使第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)；用聚焦的激光束照射所述金屬離子溶液，使激光束焦點(diǎn)在金屬離子溶液中移動(dòng)， 得到金屬微納結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，承載有金屬離子溶液的樣品包括基片，施加在基片上的金屬離子溶液和放置在所述溶液上的輔助襯底。優(yōu)選地，所述基片是玻璃基片，石英基片，陶瓷基片，或半導(dǎo)體基片。優(yōu)選地，所述金屬離子溶液包括銀離子溶液，金離子溶液，鉬離子溶液，銅離子溶液，鐵離子溶液，鎳離子溶液，鈷離子溶液或鈀離子溶液。優(yōu)選地，所述金屬離子溶液進(jìn)一步包括表面活性劑。優(yōu)選地，所述金屬離子溶液進(jìn)一步包括η-癸酰肌氨酸鈉鹽，檸檬酸鈉，十六烷基溴化銨，十二烷基苯磺酸鈉，丁酸鈉，戊酸鈉，己酸鈉，辛酸鈉，癸酸鈉以及兩者以上的混合物。優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)光學(xué)聚焦組件使第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)進(jìn)一步包括以下步驟，將所述第一激光束和所述第二激光束調(diào)節(jié)為沿同一光路行進(jìn)的疊加光束，將所述疊加光束聚焦到同一焦點(diǎn)。優(yōu)選地，金屬微納結(jié)構(gòu)是一維金屬微納結(jié)構(gòu)、二維金屬微納結(jié)構(gòu)或三維金屬微納結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)所述第一激光光源輸出的激光束和第二激光光源輸出的激光束的平均功率分別為0. 1 μ W-1W，聚焦激光束在金屬離子溶液的移動(dòng)速度為lmm/ms-lnm/ms本發(fā)明的有益效果在于以下幾個(gè)方面，1.本發(fā)明的方法采用激光在金屬離子溶液制作金屬微納結(jié)構(gòu)，工藝簡單、原料耗費(fèi)少、加工成本低。2.本發(fā)明的方法制作金屬結(jié)構(gòu)具有分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，可獲得50nm以內(nèi)的特征尺寸。3.本發(fā)明的方法能夠通過調(diào)節(jié)激光能量和移動(dòng)速度，精確控制微納器件結(jié)構(gòu)的尺寸。4.本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)二維或三維等復(fù)雜金屬微納結(jié)構(gòu)的加工。


圖1示出了本發(fā)明的激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；圖3示出了根據(jù)該發(fā)明利用激光對(duì)溶液進(jìn)行照射制作金屬微納結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例1制作的銀納米線的掃描電鏡圖以及作為對(duì)比的利用單一激光光源制作的銀線的掃描電鏡圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例2制作的銀納米線陣列的掃描電鏡圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)例3制作的銀開環(huán)諧振環(huán)陣列的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，在下面的說明書中，提供許多具體的細(xì)節(jié)以便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的全面了解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不僅適用于一個(gè)或多個(gè)具體的描述，且適用于其它結(jié)構(gòu)元件，波長和材料等。說明書下文中所列舉的實(shí)施例是示意性的而非限制性的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，將使待加工金屬離子產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)的第一激光束和對(duì)該金屬離子還原得到的納米顆粒產(chǎn)生光鑷作用和表面等離子體熱作用的的第二激光束進(jìn)行疊加并聚焦到同一焦點(diǎn)，用疊加的激光束照射含有該金屬離子的溶液，可得到金屬微納結(jié)構(gòu)。第一激光束并不在其通過的所有區(qū)域與溶液發(fā)生作用，而僅僅在激光束能量達(dá)到可以使溶液產(chǎn)生多光子吸收引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的閾值的區(qū)域進(jìn)行。溶液中被激光束的焦點(diǎn)照射的金屬離子同時(shí)吸收多個(gè)光子產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)被還原為金屬納米顆粒，能量的吸收效率正比于焦點(diǎn)處激光光強(qiáng)的平方。對(duì)于僅有第一激光束作用的情況，由還原得到的金屬納米顆粒形成的金屬微納結(jié)構(gòu)的加工分辨率由激光束焦點(diǎn)處的光強(qiáng)分布函數(shù)的平方?jīng)Q定。對(duì)于第一激光束和第二激光束同時(shí)作用的情況，還原的納米顆粒在第二激光束所產(chǎn)生的光鑷和熱的作用下，納米顆粒向激光束焦點(diǎn)的中心聚集，并且發(fā)生熔合，由此可以獲得高于僅有第一激光束作用所達(dá)到的加工分辨率。下面以將結(jié)合附圖具體說明根據(jù)本發(fā)明的制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制作金屬微納結(jié)構(gòu)的激光系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括位于第一光路上的第一激光光源1，第一光間3，包括透鏡5和6的第一透鏡組，衰減器11 ；位于第二光路上的第二激光光源2，第二光間4，包括透鏡7和8的第二透鏡組，和衰減器12 ；二向色鏡13和反射鏡14，物鏡15，和微移動(dòng)臺(tái)16。第一激光光源1用于產(chǎn)生納秒到飛秒脈沖的第一激光束，其脈沖寬度為從納秒到飛秒范圍，重復(fù)頻率為ΙΗζ-ΙΟΟΜΗζ，波長調(diào)節(jié)范圍為157nm-1064nm，平均功率為0. lyW-lW。光閘3用于控制第一激光光源輸出光路的開啟和關(guān)閉，透鏡5和透鏡6用于第一激光光源1的激光束的擴(kuò)束，衰減器11用于控制照射過程中來自第一激光光源的第一激光束入射樣品的激光功率。第二激光光源2用于輸出產(chǎn)生光鑷作用和表面等離子體吸收熱作用的第二激光束，其可調(diào)節(jié)范圍為波長300nm 到1064nm，平均功率為0. lyW-lW。光閘4用于控制第二激光光源輸出光路的開啟和關(guān)閉， 透鏡5和透鏡6用于來自第二激光光源2的第二激光束的擴(kuò)束。衰減器11用于控制照射過程中入射樣品的第二激光束的激光功率。二向色鏡13用于將第一激光束反射到物鏡中， 并且透過第二激光束，反射鏡14用于將第二激光束反射到物鏡中，以將第一激光束和第二激光束疊加為沿同一光路行進(jìn)的疊加激光束。物鏡將疊加的激光束聚焦到置于三維微移動(dòng)臺(tái)16上的樣品17中。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于第一激光光源光路上的波片9和位于第二激光光源光路上的波片11。所述的波片優(yōu)選為所在光路激光波長的全波片、半波片和1/4波片。該系統(tǒng)所述的透鏡5，6，7，8優(yōu)選為焦距為lmm-500mm的透鏡，該系統(tǒng)所述的物鏡15優(yōu)選為干燥物鏡、浸水物鏡、浸油物鏡，數(shù)值孔徑為0. 75-1. 65，放大倍數(shù)為10-100倍。該系統(tǒng)所述的微移動(dòng)臺(tái)由計(jì)算機(jī)操縱，移動(dòng)范圍為lnm-200mm。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。首先，將承載有金屬離子溶液的樣品置于所述微移動(dòng)臺(tái)上。承載有金屬離子溶液的樣品包括基片，施加在所述基片上的金屬離子溶液。所述的基片通常為玻璃基片，例如普通光學(xué)玻璃，ITO玻璃基片或FTO玻璃基片，石英基片，陶瓷基片，氧化物基片，例如氧化鋯基片，半導(dǎo)體基片?？筛鶕?jù)需要對(duì)使用的基片涂覆或淀積薄膜，以便獲得良好的金屬結(jié)構(gòu)。為防止金屬微納結(jié)構(gòu)制作過程中溶液的蒸發(fā)，常采用基片、 金屬離子溶液和透明輔助襯底組成的三明治結(jié)構(gòu)將溶液密封。例如，可將用于容納溶液的樣品槽放置于基片上，在槽中加滿金屬離子溶液后，將透明輔助襯底放置在樣品槽上，得到基片、金屬離子溶液和透明輔助襯底的三明治結(jié)構(gòu)。對(duì)于不透明或厚度超過所用聚焦物鏡工作距離的基片，須將激光束從所述三明治結(jié)構(gòu)的透明輔助襯底方向照射所述金屬離子溶液，對(duì)所述溶液中指定位置進(jìn)行加工。所述的金屬離子溶液通常包括銀離子溶液，金離子溶液，鉬離子溶液，銅離子溶液，鐵離子溶液，鎳離子溶液，鈷離子溶液，或鈀離子溶液。所述的金屬離子溶液可以進(jìn)一步包括表面活性劑成分，如η-癸酰肌氨酸鈉鹽，檸檬酸鈉，十六烷基溴化銨，十二烷基苯磺酸鈉，丁酸鈉，戊酸鈉，己酸鈉，辛酸鈉，癸酸鈉以及兩者以上的混合物。調(diào)節(jié)第一激光光源和第二激光光源分別輸出第一激光束和第二激光束。將第一激光光源1輸出的激光束調(diào)節(jié)至能夠使所述溶液中的金屬離子產(chǎn)生多光子效應(yīng)的波長，將第二激光光源2輸出的激光束調(diào)節(jié)至能夠使還原得到的金屬納米顆粒產(chǎn)生表面等離子體吸收和光鑷作用的波長。隨后，將第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)。調(diào)節(jié)如圖1所示激光加工系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件，將第一激光束與第二激光束疊加為沿同一光路行進(jìn)的疊加激光束，并將疊加的激光束經(jīng)物鏡聚焦于焦點(diǎn)。隨后，用聚焦的激光束照射所述金屬離子溶液，使激光焦點(diǎn)在金屬離子溶液中移動(dòng)，在溶液中得到金屬微納結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)激光加工系統(tǒng)中的微移動(dòng)臺(tái)，使上述疊加激光束的焦點(diǎn)在溶液中移動(dòng)以得到預(yù)定的金屬納米結(jié)構(gòu)。溶液中的金屬離子在第一激光束作用下產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)被還原為金屬納米顆粒，該金屬納米顆粒在第二激光束的作用下，向激光焦點(diǎn)處聚集熔合，隨激光束移動(dòng)而形成金屬微納結(jié)構(gòu)。下面將參照具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。實(shí)例 1以下結(jié)合圖3和圖4，以在玻璃基片上加工銀納米線為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。首先，將承載有銀離子溶液的樣品置于所述微移動(dòng)臺(tái)上。承載有銀離子溶液的樣品包括待加工玻璃基片，施加在所述基片上的銀離子溶液和透明輔助襯底。銀離子溶液中銀離子的濃度為0. 01Μ-0. 5Μ，表面活性劑η-癸酰肌氨酸鈉鹽濃度為0. 01Μ-0. 2Μ。為防止金屬微納結(jié)構(gòu)制作過程中溶液的蒸發(fā)，常采用待加工玻璃基片、銀離子溶液和透明輔助襯底組成的三明治結(jié)構(gòu)將溶液密封。隨后，調(diào)節(jié)第一激光光源和第二激光光源分別輸出第一激光束和第二激光束。將第一激光光源1鈦寶石飛秒脈沖激光器輸出的激光束調(diào)節(jié)至能夠使所述溶液中的銀離子產(chǎn)生多光子效應(yīng)的780nm波長，進(jìn)一步調(diào)節(jié)得到脈沖寬度為lOOfs，脈沖重復(fù)頻率為82MHz，光束直徑為1.8mm的第一激光束。將第二激光光源2氦鎘連續(xù)激光器輸出的激光束調(diào)節(jié)至能夠使還原得到的金屬納米顆粒產(chǎn)生表面等離子體吸收和光鑷作用的441. 6nm 波長。隨后，將第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)。調(diào)節(jié)激光加工系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件，將第一激光束與第二激光束疊加為沿同一光路行進(jìn)的疊加激光束。如圖3所述，并將疊加的激光束經(jīng)數(shù)值孔徑為1. 45、放大倍數(shù)為 100倍的油浸物鏡301聚焦于焦點(diǎn)。如圖3所示該疊加激光束通過聚焦于放置在計(jì)算機(jī)操縱的三維微移動(dòng)臺(tái)302上的玻璃基片303和輔助襯底305間的銀離子溶液304中。隨后，用聚焦的激光束照射所述金屬離子溶液，使激光焦點(diǎn)在金屬離子溶液中移動(dòng)，在溶液中得到金屬微納結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)激光加工系統(tǒng)中的微移動(dòng)臺(tái)302，使上述疊加激光束的焦點(diǎn)從溶液304與玻璃基片的表面開始掃描以得到的銀納米線。溶液中的銀離子在第一激光束780nm激光作用下產(chǎn)生多光子吸收效應(yīng)被還原為銀納米顆粒，銀納米顆粒在第二激光束442nm激光的作用下，向激光焦點(diǎn)處聚集熔合，隨激光束掃描而形成銀納米線?？梢酝ㄟ^位于鈦寶石飛秒脈沖激光光路和氦鎘激光光路上的光衰減器調(diào)節(jié)兩束激光的功率分別為2. 0-0. Imff 和4. 0-0. lmW，改變?nèi)S微移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度為20nm/mS-2nm/mS，可在玻璃基片上獲得 150-50nm的銀納米線。最后，清洗基片，除去剩余的溶液，獲得金屬微納結(jié)構(gòu)。圖4A為利用本發(fā)明所述的利用激光制作金屬納米線的方法，在第一激光光源 780nm飛秒激光功率為0. 85mff和0. 51mW，第二激光光源441. 6nm激光功率為2. OOmff時(shí)制作的銀納米線的掃描電鏡圖，銀納米線的線寬分別為117nm和77nm ；作為對(duì)比，圖4B為單獨(dú)采用780nm飛秒激光的進(jìn)行制作的銀線的電鏡圖，在功率為0. 85mW時(shí)，銀線的線寬為 255nm，功率為0. 5Imw時(shí)已無法獲得連續(xù)的銀線。實(shí)例2保持其他條件與實(shí)例1相同，在第一激光束波長為780nm，激光功率為0. 484mff,第二激光束波長為441. 6nm，激光功率為2. 47mff時(shí)制作的銀納米線，并通過計(jì)算機(jī)控制微移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行移位，制作銀納米線陣列，掃描電鏡圖如圖5所示。實(shí)例3保持其他條件與實(shí)例1相同，通過預(yù)先編程控制第一激光束和第二激光束的疊加激光束在銀離子溶液掃描，制作二維開環(huán)諧振環(huán)陣列，掃描電鏡圖如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括第一激光光源，用于提供脈沖寬度為從納秒到飛秒范圍，重復(fù)頻率為ΙΗζ-ΙΟΟΜΗζ，波長調(diào)節(jié)范圍為157nm-1064nm的第一激光束；用于調(diào)節(jié)第一激光束曝光能量的第一光衰減器；第二激光光源，用于提供波長為300nm到1064nm的第二激光束；用于調(diào)節(jié)第二激光束曝光能量的第二光衰減器；光學(xué)聚焦組件，用于將第一激光束和第二激光束聚焦到同一焦點(diǎn)；和計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)聚焦組件包括；分別對(duì)第一激光束和第二激光束進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束透鏡，用于將第一激光束和第二激光束疊加為沿同一光路行進(jìn)的疊加激光束的二向色鏡和反射鏡，和用于將疊加激光束聚焦的物鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)為三維微移動(dòng)臺(tái)，三維微移動(dòng)臺(tái)在x、y和ζ方向移動(dòng)范圍為lnm-200mm。
4.一種利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，該激光系統(tǒng)包括提供第一激光束的第一激光光源，提供第二激光束的第二激光光源，用于將第一激光束和第二激光束聚焦到同一焦點(diǎn)的光學(xué)聚焦組件，和計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)，其特征在于，該方法包括以下步驟將承載有金屬離子溶液的樣品置于所述微移動(dòng)臺(tái)上，將第一激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬離子產(chǎn)生多光子效應(yīng)以形成金屬納米顆粒的波長，將第二激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬納米顆粒產(chǎn)生表面等離子體吸收和光鑷作用的波長，調(diào)節(jié)光學(xué)聚焦組件使第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)； 用聚焦的激光束照射所述金屬離子溶液，使激光束焦點(diǎn)在金屬離子溶液中移動(dòng)，得到金屬微納結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，承載有金屬離子溶液的樣品包括基片，施加在基片上的金屬離子溶液和放置在所述溶液上的輔助襯底。
6.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述基片是玻璃基片，石英基片，陶瓷基片，或半導(dǎo)體基片。
7.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述金屬離子溶液包括銀離子溶液，金離子溶液，鉬離子溶液，銅離子溶液，鐵離子溶液，鎳離子溶液，鈷離子溶液或鈀離子溶液。
8.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述金屬離子溶液進(jìn)一步包括表面活性劑。
9.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述金屬離子溶液進(jìn)一步包括η-癸酰肌氨酸鈉鹽，檸檬酸鈉，十六烷基溴化銨，十二烷基苯磺酸鈉，丁酸鈉，戊酸鈉，己酸鈉，辛酸鈉，癸酸鈉以及兩者以上的混合物。
10.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)光學(xué)聚焦組件使第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)進(jìn)一步包括以下步驟，將所述第一激光束和所述第二激光束調(diào)節(jié)為沿同一光路行進(jìn)的疊加光束， 將所述疊加光束聚焦到同一焦點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求4所述的利用激光系統(tǒng)制作金屬微納結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，金屬微納結(jié)構(gòu)是一維金屬微納結(jié)構(gòu)、二維金屬微納結(jié)構(gòu)或三維金屬微納結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用激光制作金屬微納結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)與方法。該系統(tǒng)包括提供第一激光束的脈沖激光光源，提供第二激光束的激光光源，用于將第一激光束和第二激光束聚焦到同一焦點(diǎn)的光學(xué)聚焦組件，和計(jì)算機(jī)控制的微移動(dòng)臺(tái)。該方法包括以下步驟將承載有金屬離子溶液的樣品置于所述微移動(dòng)臺(tái)上，將第一激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬離子產(chǎn)生多光子效應(yīng)的波長，將第二激光光源輸出的激光束調(diào)節(jié)至使所述金屬的納米顆粒產(chǎn)生表面等離子體吸收和光鑷作用的波長，調(diào)節(jié)光學(xué)聚焦組件使第一激光束和第二激光束聚焦為同一焦點(diǎn)；用聚焦的激光束照射所述金屬離子溶液，使激光焦點(diǎn)在金屬離子溶液中移動(dòng)，獲得金屬微納結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102285635SQ20111021448
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者曹洪忠, 段宣明, 董賢子, 賈雁鵬, 趙震聲, 陳述 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所