近日捷克科學(xué)院Hilase中心和捷克理工大學(xué)核物理工程學(xué)院的研究人員，在高速大尺度微納結構加工上取得了重要進(jìn)展。

實(shí)驗展示了使用四光束直接激光干涉（Direct Laser Interference Patterning，DLIP）光致表面周期結構（Laser Induced Periodic Surface Structures，LIPSS）技術(shù)，在A(yíng)ISI326L鋼上，可單次成形數千加工點(diǎn)，達到了203200微坑/秒的加工速度。
實(shí)驗中使用的光源為Hilase Perla B型激光器，
在《Optics & Laser Technology》上發(fā)表了題為《Towards rapid large-scale LIPSS fabrication by 4-beam ps DLIP》的論文。

在以往的激光周期性結構加工的過(guò)程中（Laser-Induced Periodic Produced Structures, LIPSS）,使用的都是直接激光燒蝕技術(shù)。這種技術(shù)簡(jiǎn)單、靈活、并且可靠。 LIPSS可以一步實(shí)現，因此在調整材料表面的摩擦學(xué)、光學(xué)、機械、化學(xué)屬性上，有著(zhù)廣泛的應用。

LIPSS可以被分為兩大類(lèi)，低頻LIPSS（Low-Spatial Frequency LIPSS, LSFL）和高頻LIPSS（High-Spatial Frequency LIPSS），分別對應所加工的微結構周期大于或近似于加工用激光波長(cháng)，以及微結構周期遠小于加工用激光波長(cháng)的情況。這種結構可以賦予諸如金屬、半導體、聚合物、合金等材料新的表面特性。舉例來(lái)說(shuō)，某些特定的微結構可以讓材料表面得到更好的保護、具備超疏水性、自潔性、摩擦力控制、反射抑制、抗菌、甚至有很好的裝飾作用。過(guò)去幾十年來(lái)，LIPSS技術(shù)在科學(xué)以及工業(yè)領(lǐng)域都引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

然而，加工速度一直是LIPSS技術(shù)的一個(gè)短板，普通的單光束直接熔蝕技術(shù)的MAX加工速度不過(guò)每分鐘幾十平方厘米。而且隨著(zhù)大功率超短脈沖激光的引入，單光束加工系統還是只能在熔蝕閾值附近工作，加工效率也是一個(gè)弱項。因此，如何高效地利用高功率激光器地能量是目前解決問(wèn)題地關(guān)鍵?，F在正在使用的方法包括超快光束掃描和多光束干涉法。

近年來(lái)直接激光干涉條紋法（Direct Laser Interference Patterning, DLIP）是在微結構加工中使用的快速而高效的方法。這個(gè)方法是用兩束或者多束激光，在被加工表面上，直接形成干涉條紋曝光。通過(guò)控制光束的數量、入射角、波長(cháng)、偏振態(tài)、強度、相位差等，可以控制干涉圖樣。
論文中提出了用于增加干涉區域，從而實(shí)現高效利用高功率脈沖激光的新方法。此外，DLIP和LIPSS的結合，使得微結構和亞微結構的生產(chǎn)效率大大提升，大面積衍射以及超疏水表面的生產(chǎn)面積上升了幾個(gè)數量級。

實(shí)驗中使用AISI 316L鋼作為試驗材料，這種鋼在生產(chǎn)生活中有著(zhù)廣泛應用，比較有代表性。激光器使用的是1030nm的HiLASE Perla B激光器。實(shí)驗中的激光器設定的重復頻率為1kHz，脈沖長(cháng)度為1.7ps，脈沖能量MAX3mJ。光源產(chǎn)生的激光被棱鏡分成4路，然后通過(guò)300mm焦距的透鏡在加工面上干涉重合，形成點(diǎn)狀干涉條紋。如圖：

下圖a中展示了在A(yíng)ISI 316L不銹鋼上，使用1000次1mJ能量，四光束干涉條紋所生產(chǎn)的25μm周期性結構。圖b的曲線(xiàn)展示了周期性加工區域的面積與脈沖能量和脈沖數之間的關(guān)系。

在脈沖過(guò)多或者脈沖能量太大時(shí)，由于熱量堆積，會(huì )造成局部熔解，從而影響加工面質(zhì)量。下圖是在不同的脈沖能量（mJ）和不同的脈沖數量（N）的情況下，被加工表面的情況：

通過(guò)四光束干涉加工技術(shù)可以大大提高周期性表面微結構加工的效率。下圖中為的示例微孔結構已經(jīng)具備了一定的表面光學(xué)特性以及明顯的疏水性。圖中為8微升的水滴在表面上的狀態(tài)。每個(gè)加工區域50次2mJ脈沖曝光。

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