多偏振飛秒激光制備彩色金屬研究.pdf

1、飛秒激光改變金屬表面光學(xué)性質(zhì)是微納加工領(lǐng)域一個(gè)新的研究方向。決定金屬表面彩色顯示的原因有兩個(gè)方面，一方面依賴于金屬表面生成的微結(jié)構(gòu)特征，另一方面依賴于光的入射角度及觀察角度，因此，探討飛秒激光制備表面微納米結(jié)構(gòu)特征和研究光的入射角度及觀察角度對(duì)彩色顯示的影響是十分必要的。本文采用線偏振和圓偏振的飛秒激光掃描處理純鐵和316L不銹鋼表面制備彩色金屬，通過不同偏振態(tài)的飛秒激光研究金屬表面微結(jié)構(gòu)特征，利用FDTD軟件仿真微結(jié)構(gòu)對(duì)于金屬表面光學(xué)

2、性質(zhì)的影響，進(jìn)而結(jié)合觀測現(xiàn)象探討微結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、光的入射角度和觀測角度與彩色金屬形成的關(guān)系。為實(shí)現(xiàn)有效控制飛秒激光制備彩色金屬奠定基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　介紹了飛秒激光制備彩色金屬技術(shù)發(fā)展的過程及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，針對(duì)文中實(shí)驗(yàn)需要搭建一套相對(duì)完整的飛秒激光微納加工系統(tǒng)。
　　針對(duì)飛秒激光制備彩色金屬技術(shù)中的機(jī)理、現(xiàn)象和原因進(jìn)行研究。首先，采用0°、45°、90°、135°四個(gè)方向的線偏振和圓偏振態(tài)飛秒激光掃描

3、處理金屬鐵和不銹鋼表面來制備出表面微結(jié)構(gòu)，通過掃描電子顯微鏡(SEM)形貌分析形成的微結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，線偏振飛秒激光制備的周期性表面結(jié)構(gòu)且方向與偏振方向垂直，周期小于入射光的波長。圓偏振飛秒激光制備出的周期性微納米結(jié)構(gòu)和納米顆粒。通過理論分析解釋了兩種微結(jié)構(gòu)形成的原因。其次，利用FDTD Solutions軟件對(duì)飛秒激光誘導(dǎo)生成的微結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行仿真，研究微結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)和光源入射角度對(duì)金屬表面吸收率、透射率和反射率的影響。最后，針對(duì)金

4、屬表面彩色形成的原因進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過觀察線偏振激光在鐵和不銹鋼表面掃描出的多個(gè)區(qū)域，變化白光入射角度、周期性微納結(jié)構(gòu)的方向及觀察角度實(shí)現(xiàn)金屬表面多區(qū)域和多色彩顯示，通過仿真結(jié)果和理論對(duì)觀察現(xiàn)象進(jìn)行分析，同時(shí)采用同樣的方法研究圓偏振激光制備單一區(qū)域的鐵和不銹鋼，與線偏振作用區(qū)域進(jìn)行對(duì)比研究，彩色圖案更醒目，且多為過渡色和復(fù)合色彩，光譜范圍一樣。
　　研究表明:改變線偏振方向可以實(shí)現(xiàn)多區(qū)域加工及多圖案顯示，在一定條件下，可以讀取不同