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飞秒激光因其超短脉冲和超高峰值功率的特点被广泛应用于超精细微纳加工领域。飞秒激光能够在各种金属、半导体和介质表面诱导产生周期性微纳结构,这些周期性微纳结构的特征尺寸通常小于入射光波长,并且能够改变材料的表面物理性能。目前,表面周期性微纳结构得到越来越多的关注。但其形成的动态特性和物理机制始终没有得到全面和清晰的解释。本论文通过研究双光束飞秒激光脉冲照射条件下金属表面亚波长周期条纹结构随光束延迟时间和功率配比的变化特征,首次实现了对条纹结构倾角的动态调控。论文主要内容和结果概括如下: (1)研究了两束线偏振方向具有一定夹角的共线传输飞秒激光脉冲在功率相等情况下,条纹倾斜角度随两者延迟时间的变化情况。实验发现在延迟时间小于10 ps时,条纹倾角随延迟时间出现周期性振荡现象,并且振荡幅度随双光束偏振方向夹角的增大而变大;当延迟时间大于10 ps时,条纹振荡行为消失,取而代之的是条纹倾角随延迟时间增大而单调减小。理论分析认为,条纹结构排列方向变化的原因是由于延迟入射激光与先入射激光产生的瞬态折射率光栅共同作用的结果。条纹倾角发生振荡的原因与飞秒激光作用下金属材料瞬态物理变化过程中相干声子产生和晶格硬化现象密切相关。 (2)研究了两束线偏振方向具有一定夹角的共线传输飞秒激光脉冲在给定延迟时间下,其所诱导产生的条纹结构倾斜角度随功率配比的变化情况。实验发现延迟时间为5 ps时,条纹倾角会随着功率比的增加而连续减小;延迟时间为50 ps时,条纹倾角则出现阶跃式减小变化。理论分析认为产生这一现象的原因与先入射激光在材料表面产生瞬态折射率光栅深度的动态变化有关,将之前提出的一维瞬态折射率光栅概念扩展到二维空间情况,使得这一模型更加具体,这从另一方面深刻揭示了飞秒激光诱导产生表面周期性条纹结构的物理机制,为实现其动态调控提供了新思路。