近日捷克科學院Hilase中心和捷克理工大學核物理工程學院的研究人員，在高速大尺度微納結構加工上取得了重要進展。
實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，在AISI326L鋼上，可單次成形數(shù)千加工點，達到了203200微坑/秒的加工速度。
實驗中使用的光源為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程中（Laser-Induced Periodic Produced Structures, LIPSS）,使用的都是直接激光燒蝕技術。這種技術簡單、靈活、并且可靠。 LIPSS可以一步實現(xiàn)，因此在調(diào)整材料表面的摩擦學、光學、機械、化學屬性上，有著廣泛的應用。
LIPSS可以被分為兩大類，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，以及微結構周期遠小于加工用激光波長的情況。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。舉例來說，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。過去幾十年來，LIPSS技術在科學以及工業(yè)領域都引起了越來越多的關注。
然而，加工速度一直是LIPSS技術的一個短板，普通的單光束直接熔蝕技術的MAX加工速度不過每分鐘幾十平方厘米。而且隨著大功率超短脈沖激光的引入，單光束加工系統(tǒng)還是只能在熔蝕閾值附近工作，加工效率也是一個弱項。因此，如何高效地利用高功率激光器地能量是目前解決問題地關鍵。現(xiàn)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。通過控制光束的數(shù)量、入射角、波長、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(qū)域，從而實現(xiàn)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)面積上升了幾個數(shù)量級。
實驗中使用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。實驗中的激光器設定的重復頻率為1kHz，脈沖長度為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300mm焦距的透鏡在加工面上干涉重合，形成點狀干涉條紋。如圖：
下圖a中展示了在AISI 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的曲線展示了周期性加工區(qū)域的面積與脈沖能量和脈沖數(shù)之間的關系。
在脈沖過多或者脈沖能量太大時，由于熱量堆積，會造成局部熔解，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(shù)量（N）的情況下，被加工表面的情況：
通過四光束干涉加工技術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)。每個加工區(qū)域50次2mJ脈沖曝光。
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