文章目录

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 微纳结构制备方法

    1.2.1 化学气相沉积法

    1.2.2 自组装技术

    1.2.3 光学光刻技术

    1.2.4 纳米压印技术

    1.2.5 飞秒激光加工技术

1.3 飞秒激光成丝现象

    1.3.1 成丝的基本物理模型

    1.3.2 成丝传输中伴生的非线性效应

    1.3.3 成丝现象的应用

1.4 本论文的主要工作

第2章 黑硅的远程制备及其在红外光电器件方面的应用研究

2.1 引言

2.2 飞秒激光光丝远程制备短波红外区高吸收率黑硅

    2.2.1 飞秒激光光丝远程加工系统

    2.2.2 短波红外区高吸收率黑硅制备过程

    2.2.3 短波红外区高吸收率黑硅光学特性研究

    2.2.4 短波红外区高吸收率黑硅表面形貌及光谱分析研究

2.3 飞秒激光光丝碲掺杂n+-n型光电探测器

    2.3.1 飞秒激光光丝碲掺杂黑硅的制备

    2.3.2 飞秒激光光丝碲掺杂黑硅性能表征

    2.3.3 飞秒激光光丝碲掺杂黑硅光电二极管

2.4 本章小结

第3章 超疏水抗反射多功能金属表面的远程强飞秒激光制备

3.1 引言

3.2 多功能金属表面的远程制备

3.3 多功能金属表面性能表征

    3.3.1 多功能金属表面光学性能研究

    3.3.2 多功能金属表面形貌分析

    3.3.3 多功能金属表面浸润性研究

3.4 本章小结

第4章 飞秒激光光丝制备黑二氧化钛

4.1 引言

4.2 黑二氧化钛制备过程

4.3 黑二氧化钛表面形貌表征

4.4 黑二氧化钛光谱分析及机理研究

4.5 本章小结

第5章 基于飞秒激光光丝的微结构化柔性压力传感器的制备

5.1 引言

5.2 基于光丝的对电极式柔性电阻压力传感器

    5.2.1 柔性电阻压力传感器的制备

    5.2.2 柔性电阻压力传感器性能测试

    5.2.3 柔性电阻压力传感器运用测试

5.3 基于光丝的生理信号监测柔性压力传感器

    5.3.1 柔性压力传感器的制备

    5.3.2 柔性压力传感器的性能测试

    5.3.3 柔性压力传感器的应用

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

作者简介及在学期间取得的科研成果

致谢

文章摘要:微纳结构作为微光学、微电子等微纳器件的重要结构组成部分,是微纳米技术中的研究热点和重点。这些结构独特的微观形态赋予了材料新的功能特性,从而为诸多新概念光子、电子器件的实现提供了有效的途径。目前常见的微纳结构制备方法有化学气相沉积法、纳米压印技术、自组装技术、光学光刻技术以及飞秒激光加工技术等。尽管这些制备方法已经在多个方面取得良好的研究进展,但是总体来说,在制备效率、绿色环保以及加工成本方面都存在着各自的不足。高峰值功率的飞秒激光脉冲在透明光学介质中传输时,可以维持较高的强度进行远距离传输而不产生明显的发散,并在介质中形成狭长的、明亮的、高激光强度的等离子通道,这种独特的非线性光学现象被称为飞秒激光成丝。飞秒激光光丝具有高强度均一、长焦深以及非线性过程产生超宽带光谱等特性,它在太赫兹辐射、燃烧场诊断以及微纳结构加工等诸多领域具有广泛的应用前景。本论文主要围绕飞秒激光成丝微纳加工技术,探索实现功能性材料的远程快速大面积制备,以及材料改性的内在物理机制,并研究基于这些新型材料的器件制备及应用。主要的创新成果如下:1.利用飞秒激光光丝开展了黑硅材料制备、表征及其在光电器件方面的应用研究。研究发现在激光辐照之前的硅样品表面镀覆一层铝膜时,制备的黑硅样品在1.5-2.5μm的短波红外光谱范围内吸收率相对于未镀铝膜的情况有高达50%的提升。表面形貌以及元素组成分析结果表明,吸收率提高既是由于样品表面微结构形貌的变化,又是由于注入的铝元素引起的样品能带结构的改变。为进一步改善黑硅材料的吸收率以满足实际应用需求,通过采用溅射碲薄膜的方式制备出碲掺杂黑硅,其在240-2500 nm波段范围内的吸收率均可达到85%以上,研究表明吸收率的提高主要归因于以下三方面:表面形成的山谷型微结构、结构缺陷引起的带尾态、注入的碲元素引入的杂质能级。我们进而将碲掺杂黑硅制备成n