隨著精密制造技術的快速發展，具有特定表面周期性結構功能器件的高效制備逐漸成為人們研究的熱點。由于超快激光具有極高的峰值功率和極短的作用時間，可以在絕大多數材料表面制備周期性的微納結構，對實現太陽能的高效利用、隱身材料的制備等諸多領域具有廣闊的應用前景。

1、超快激光制備表面微納結構的優勢

與常規制備微納結構的方法(如光刻、電子束、離子束以及機械方法等)相比，超快激光具有(1)可精確快速地將能量注入到待處理區域，加工的結構邊緣鋒利平整，具有更高的精度;(2)超快激光的峰值功率更高，適用于半導體、金屬、聚合物和陶瓷等非透明材料;由于其非線性多光子吸收，還可對玻璃等透明材料進行加工;(3)超快激光可控性較強，可以構造各種各樣具有復雜幾何形狀的微納結構，加工過程無接觸且可在不同的環境中實現。

2、超快激光寬光譜高吸收率微納結構制備工藝測試

本次測試使用國神光電GS-FIR20紅外飛秒激光器在單晶硅表面構造周期性的微納米結構，減小材料表面對遠紅外光的反射率，實現對太陽能的高效利用。

GS-FIR20紅外飛秒激光器

(1)激光器相關參數

國神光電紅外飛秒激光器GS-FIR20

(2)光路配置

(3)吸波材料制備過程

加工過程設置振鏡掃描方式為正交掃描，線間距為12um，在單晶硅表面制備10mm*10mm周期性的微納結構

(4)微觀結構

利用白光干涉儀對激光加工后材料表面進行檢測，如圖1所示，整體結構為周期性錐型結構，周期12um，深度50um，結構較為均勻，飛秒激光掃描后在單晶硅表面所形成的微米結構之間的空隙成為了理想的陷光腔結構，使照射其表面的光可以經過多次反射，進而增加了光的吸收，實現材料表面“吸波”的效果。

圖1：材料表面的亞微米周期性結構

圖2：SEM微觀形貌圖

圖2為單晶硅表面經激光處理后的SEM微觀形貌圖，從以上高倍率照片可以看到在周期性的錐型結構周圍附著有大量隨機的納米絮狀結構，這種結構可進一步增強對入射光波的吸收。

(5)反射率測試

通過傅里葉紅外光譜儀對材料表面吸收率進行測試，結果如圖3所示，在3.0um-5.0um波段內，分別以30°、45°、60°不同角度入射材料表面，其吸收率均超過96%，實現了寬光譜、高吸收率黑硅材料的制備。

圖3：黑色單晶硅表面反射率曲線

3、小結

基于超快激光具有精度高、可控性強、加工過程無接觸等特點，可以構造各種各樣具有復雜幾何形狀的微納結構。除單晶硅、陶瓷等非金屬材料外，超快激光還可實現鋁合金、鈦合金等金屬材料表面的微納加工，這項技術可大幅降低材料表面對光等電磁波的反射率，未來將在航空航天、傳感器電子、新能源領域大有可為。