不同烧蚀条件下飞秒激光脉冲诱导zno纳米结构研究

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1、万方数据第28卷第5期2008年5月光学学报ACTAOPTICASINICAV01．28，No．5May，2008文章编号：0253—2239(2008)05一01017一04不同烧蚀条件下飞秒激光脉冲诱导ZnO纳米结构研究郭晓东1李儒新1余骨鲲2马洪良3／1中国科学院上海光学精密机械研究所慢场激光物理国家重点实验室，上海201800、＼2上海大学理学院物理系，上海200444；3上海大学分析测试中心，上海200444／摘要烧蚀条件对飞秒激光脉冲诱导氧化锌纳米结构有重要影响。研究了800nm，150fs，250kHz的飞秒激光脉冲分别在空气中，去离子水中以及无水乙醇中垂直聚焦于氧化

2、锌晶体表面，诱导形成不同形态的纳米结构。实验结果表明，在空气中利用飞秒激光脉冲辐照样品表面，形成了周期为180nm的纳米线；在去离子水中辐照诱导形成了由氧化锌纳米线聚集而成的“纳米球”；在无水乙醇中形成出现分叉结构的纳米线。拉曼光谱分析辐照前后晶体品相结果表明，形成的纳米结构相对于辐照前特征峰437cm“强度有所下降，在570cm-1处的峰值则显著增强。分析了在各种烧蚀条件下诱导形成纳米结构的演化过程以及物理机理。关键词超快光学；飞秒激光；纳米结构；Zn0晶体；半导体材料中图分类号0437．5文献标识码AFemtosecondLaserPulsesInducedNanostruct

3、uresonZnOinDifferentAblationConditionsGuoXiaodon91LiRuxinlYuBingkun2MaHonglian93Stnt8‰可L口b07’Ⅱtor可o，H匆危—矾eZdLoserP九i，8{c8，S向。他g危oiJ竹8￡i￡钆te0‘厂0pticso竹djX竹8M匆c九。咒ic8。现i他∞8Acodem可o，Sc钯竹ce，S危。哪危以201800，觎饥o2工kpor￡竹zB札￡Q厂P忍!，sfcs，Cb￡ce98盯Scie竹ce，s血07。g矗ni‰i2肥7．3乱可，S危。咒g九oi200444，c仇i札o3J碗str"me馆￡02A

4、咒。幻，siso他dRe8eo，．c危C匆竹t8r，S允。哪危血i溉it旭7，s乱可，S九。竹9忍o{200444，C仇i他aAbstractAblationconditionsplayaninlportantroleinthefemtosecondlaserpulsesinducednanostructuresonZn0．When800nm，150fs，250kHzfemtosecondlaserpulseswerefocusedonthesurfaceofZn0inair，distilledwaterandethan01，differentnanostructureswerep

5、roduced．Experimentalresultsshowthatfemtosecondlaserpulsesinducenanowireswithperiodof180nminair，nanoballsconstitutedbyZn0nanowiresareformedindistilledwater，andobviousbifurcationsarefoundinthenanostructuresinducedinethan01．TheresultsofI乇amanspectraindicatethattheintensityofthefingerprintpeakat43

6、7cm一1declinesaftertheirradiation，andthepeakat570cm一1isenhancedgreatly．SurfacenanO—structuringevaluationsandphysicalmechanismsunderdifferentconditionsareanalyzedindetail．Keywordsultrafastoptics；femtosecondlaser；nanostructures；Zn0crystals；semiconductormaterials1引言利用飞秒激光脉冲与物质表面相互作用形成纳米结构的研究是一个十分活

7、跃并广泛研究的领域‘¨。飞秒激光以其极高的峰值功率和较低的平均功率的完美结合，大大缩短了激光脉冲与材料相互作用的时间尺度，使飞秒激光在材料微加工等方面表现出其显著的优越性。纳米材料很多重要的物理化学性能是由其形貌所决定的。如何制作形貌可控收稿日期：2007一09一05；收到修改稿日期：2007—10一30基金项目：上海市科委纳米专项(0652nm005)和(06DZ22015)资助课题。作者简介：郭晓东(1982一)，男，山东人，博士研究生，主要从事飞秒激光与物质相巨