多偏振飞秒激光制备彩色金属研究

【摘要】飞秒激光改变金属表面光学性质是微纳加工领域一个新的研究方向。决定金属表面彩色显示的原因有两个方面,一方面依赖于金属表面生成的微结构特征,另一方面依赖于光的入射角度及观察角度,因此,探讨飞秒激光制备表面微纳米结构特征和研究光的入射角度及观察角度对彩色显示的影响是十分必要的。本文采用线偏振和圆偏振的飞秒激光扫描处理纯铁和316L不锈钢表面制备彩色金属,通过不同偏振态的飞秒激光研究金属表面微结构特征,利用FDTD软件仿真微结构对于金属表面光学性质的影响,进而结合观测现象探讨微结构特征参数、光的入射角度和观测角度与彩色金属形成的关系。为实现有效控制飞秒激光制备彩色金属奠定基础。本文的主要研究内容及结论如下：介绍了飞秒激光制备彩色金属技术发展的过程及国内外研究现状,针对文中实验需要搭建一套相对完整的飞秒激光微纳加工系统。针对飞秒激光制备彩色金属技术中的机理、现象和原因进行研究。首先,采用0°、45°、90°、135°四个方向的线偏振和圆偏振态飞秒激光扫描处理金属铁和不锈钢表面来制备出表面微结构,通过扫描电子显微镜(SEM)形貌分析形成的微结构的特点,线偏振飞秒激光制备的周期性表面结构且方向与偏振方向垂直,周期小于入射光的波长。圆偏振飞秒激光制备出的周期性微纳米结构和纳米颗粒。通过理论分析解释了两种微结构形成的原因。其次,利用FDTDSolutions软件对飞秒激光诱导生成的微结构的光学性质进行仿真,研究微结构的特征参数和光源入射角度对金属表面吸收率、透射率和反射率的影响。最后,针对金属表面彩色形成的原因进行系统研究,通过观察线偏振激光在铁和不锈钢表面扫描出的多个区域,变化白光入射角度、周期性微纳结构的方向及观察角度实现金属表面多区域和多色彩显示,通过仿真结果和理论对观察现象进行分析,同时采用同样的方法研究圆偏振激光制备单一区域的铁和不锈钢,与线偏振作用区域进行对比研究,彩色图案更醒目,且多为过渡色和复合色彩,光谱范围一样。研究表明：改变线偏振方向可以实现多区域加工及多图案显示,在一定条件下,可以读取不同的信息(颜色),两种偏振态形成彩色光谱的范围相同,圆偏振制备彩色区域具有与线偏振同样的研究价值。本文工作对飞秒激光制备彩色金属的深入研究打下良好基础。
【作者】杨振远；
【导师】苏亚辉；
【作者基本信息】安徽大学，检测技术与自动化装置，2014，硕士
【关键词】飞秒激光；偏振态；周期表面结构；纳米颗粒；FDTDSolutions；彩色金属；

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