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采用钛宝石飞秒脉冲激光对抛光的金属表面辐照扫描,在金属表面诱导产生了周期表面结构,这些周期表面结构能够对入射光产生衍射和干涉作用,在金属表面形成彩色。利用激光诱导金属结构色的研究具有重要的意义,比如可以从紫外到太赫兹波段范围改变金属表面光学特性,对于扩展金属的用途,材料精加工,代替传统的油漆系列化学产品,环境保护等方面都具有重要作用。因此,飞秒激光诱导金属结构色原理与技术的研究已受到国内外的广泛关注。
本文主要研究了在空气条件下飞秒脉冲激光辐照金属表面,诱导形成周期表面结构的机理。对比了经过飞秒激光辐照的金属表面和未经辐照表面的形貌特征,以及表面对光的反射率的变化,化学成分变化等,发现经过飞秒激光辐照的金属表面对光的反射率降低,并且表面有金属氧化物生成。
同时研究了激光的能量密度和扫描速度对形成的颜色的影响;从金属表面形貌特征,对光的反射率,化学成分,表面粗糙度等对比分析了飞秒激光和纳秒激光辐照扫描金属形成结构的不同之处;并尝试在金属上刻制标准图案和字样。最后,通过光栅的结构和作用原理阐述了表面周期结构产生结构色的原因。