本發明涉及一種飛秒激光雙脈沖在空氣中一步法制備金屬表面增強拉曼基底，屬于飛秒激光應用技術領域。

背景技術：

表面拉曼增強散射surface-enhancedramanscattering(簡稱sers)是一種光學增強效應，可以將吸附在基底上分子的微弱信號增強10²-10¹⁴倍。因此，表面拉曼增強散射技術在物理、化學、醫學、環境監測等方面具有很大的發展潛力。傳統的表面增強拉曼基底的制備方法有離子束刻蝕法、離子束濺射沉積法、真空鍍膜、化學合成法等方法，但這些方法存在步驟繁瑣、費用昂貴、污染環境、均勻性差等缺點。隨著飛秒激光技術的不斷發展，飛秒激光加工表面微納結構成為一種簡便、有效的表面加工技術，也為制備表面增強拉曼基底提供了一種新的思路。

貴金屬納米粒子可以產生較強的表面拉曼增強效應。在文章“cheng-hsianglin,lanjiang,andhai-lungtsai,opt.lett.35,7(2010)”中作者利用納秒激光對鍍在硅表面的金膜進行加熱，產生了金納米顆粒，通過調節參數調控了金納米顆粒的粒徑分布，從而使其產生了較強的拉曼增強效應。在文獻“ning,zhang,xin,li,lan,jiang,xuesong,shi,cong,li,yongfeng,lu.opt.lett.38,18(2013)”中，作者利用飛秒激光還原硝酸銀，在硅的表面產生了銀納米顆粒，從而得到了表面拉曼增強基底。然而上述兩種產生貴金屬納米粒子的方法加工周期較長，離子鍍膜費用較高，光化學還原法容易對環境產生污染。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服傳統制備表面增強拉曼基底存在的步驟繁瑣、費用昂貴、污染環境、均勻性差等缺點，提出了一種飛秒激光雙脈沖一步法制備表面增強拉曼基底，利用飛秒激光雙脈沖，在不同延時下，直接在空氣環境下加工金屬基底，其中所述加工采用的金屬為金、銀、銅，無需其他輔助環境，從而得到表面附著金屬納米顆粒的表面增強拉曼基底。

本發明的目的是通過以下技術來實現的：

飛秒激光雙脈沖空氣中一步法制備金屬拉曼基底，即在空氣中利用飛秒激光雙脈沖一步法加工得到附著有金屬納米顆粒的加工區域，無需其他輔助環境，包括如下步驟：

步驟一，通過分束合束，將傳統的飛秒激光脈沖在時域上通過邁克爾遜干涉裝置調制為飛秒激光雙脈沖，且兩個子脈沖的時間間隔可以調節；

步驟二，將金屬基底放置在六軸平移臺上，通過照明系統和ccd系統，使步驟一得到的飛秒激光聚焦到金屬的表面；

步驟三，采用步驟一中所得到的飛秒激光雙脈沖在空氣中對金屬基底進行加工，使其表面產生金屬納米顆粒，進而得到均勻、高效的表面增強拉曼基底。

裝置包括：飛秒激光器；第一半波片；第一偏振片；分束鏡；第一反射鏡；第二反射鏡；第三反射鏡；光快門；第二半波片；第二偏振片；二向色鏡；ccd成像系統；計算機；六軸平移臺；樣品；物鏡。

連接關系：飛秒激光器產生飛秒激光經過第一半波片和第一偏振片初步降低能量后，經過分束鏡被分成兩束激光，兩束激光分別由第一反射鏡和第二反射鏡反射返回至分束鏡進行合束，再經過反射鏡，通過光快門，經由第二半波片和第二偏振片精細地調節能量后，通過反射鏡，由物鏡聚焦到樣品表面，樣品固定于六軸平移臺上，通過ccd成像系統進行觀察。其中，飛秒激光器、第一反射鏡、光快門、六軸平移臺均通過計算機進行控制。

工作過程為：

步驟一：飛秒激光器產生激光。

步驟二：激光通過分束合束后產生脈沖序列，且脈沖序列延時可調節，之后通過物鏡聚焦到樣品表面。

步驟三：通過計算機控制得到不同的脈沖延時，同時通過半波片和偏振片調節能量，控制六軸平移臺對金屬進行加工。

有益效果

1.本發明利用飛秒激光雙脈沖在空氣中一步法加工金屬表面，步驟簡單，對環境沒有污染。

2.本發明制備的表面增強拉曼基底均勻性良好，可以進行快速制備。

附圖說明

圖1為本發明的步驟示意圖。

其中，1-飛秒激光雙脈沖2-物鏡3-未加工金屬基底4-加工后金屬基底5-加工表面放大示意圖

圖2為飛秒激光加工光路。

其中，1-飛秒激光器2-第一半波片3-第一偏振片4-分束鏡5-第一反射鏡6-第二反射鏡7-第三反射鏡8-光快門9-第二半波片10-第二偏振片11-二向色鏡12-ccd成像系統13-計算機14-六軸平移臺15-樣品16-物鏡

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

飛秒激光系統采用美國光譜物理(spectrumphysics)公司生產的激光器，產生的飛秒激光為線偏振，中心波長800nm，脈沖寬度35fs，重復頻率1khz，單脈沖最大能量3mj，光強分布為高斯型。

本實施例是在圖2所示的光路圖中實施，首先飛秒激光器產生飛秒激光經過第一半波片和第一偏振片初步降低能量后，經過分束鏡被分成兩束激光，兩束激光分別由第一反射鏡和第二反射鏡垂直反射返回至分束鏡進行合束，再經過反射鏡，通過光快門，經由第二半波片和第二偏振片精細地調節能量后，通過反射鏡，由物鏡聚焦到樣品表面，樣品固定于六軸平移臺上，通過ccd成像系統進行觀察。其中，飛秒激光器、第一反射鏡、光快門、六軸平移臺均通過計算機進行控制。

實驗選擇的材料為金屬銀，規格是10mm×10mm×1mm，雙面進行光學級拋光，表面粗糙度小于10埃。

步驟如圖1所示。

步驟一：飛秒激光器產生激光。

步驟二：飛秒激光經過分束合束光路，產生飛秒激光雙脈沖，之后通過物鏡聚焦到樣品表面。

步驟三：通過計算機控制得到脈沖延時為3ps，同時通過半波片和偏振片調節合適的能量為0.28j/cm²，掃在描速度為200μm/s下對樣品表面進行“s”形路線加工，在樣品表面直接得到銀納米顆粒。

步驟四：用去離子水清洗加工過的樣品表面，干燥，得到表面增強拉曼基底。

本實施例克服了傳統制備表面增強拉曼基底方法存在的步驟繁瑣、費用昂貴、污染環境、均勻性差等缺點，利用飛秒激光雙脈沖，直接在空氣環境下加工金屬銀基底，從而得到表面附著銀納米顆粒的表面增強拉曼基底，其增強因子可以達到10⁹。

技術特征：

技術總結
本發明涉及飛秒激光雙脈沖空氣中一步法制備金屬拉曼基底，屬于飛秒激光應用技術領域。本發明利用飛秒激光雙脈沖，在不同延時下，直接在空氣環境下加工金屬基底，其中所述加工采用的金屬為金、銀、銅，無需其他輔助環境，從而得到表面附著金屬納米顆粒的表面增強拉曼基底。該方法可實現簡單、快速、環境友好、均勻的金屬表面增強拉曼基底制備。

技術研發人員：姜瀾;許永達;李欣;孟革
受保護的技術使用者：北京理工大學
技術研發日：2016.11.16
技術公布日：2017.07.25