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飞秒激光具有超快、超强的特点。飞秒激光烧蚀固体材料显示出了热效应小、加工精度高、没有明显材料选择性等优势,目前飞秒激光加工已广泛应用于航空航天、微电子、生物医疗等领域。随着激光能流密度的提高,激光焦斑上依次出现退火(或相变)、诱导周期纳米结构、加工微孔等过程。本文针对飞秒激光诱导周期表面结构(laser-inducedperiodicsurfacestructures,LIPSS)与涡轮叶片气膜孔的超快激光加工两方面开展了系统研究。搭建了飞秒激光直写系统、双柱透镜干涉系统,研究了在镀氧化铟锡(indiumtinoxide,ITO)薄膜的玻璃表面、玻璃表面制备周期结构,以及结构色、双折射效应等应用。建立了飞秒/纳秒复合精密加工系统,研究了涡轮叶片气膜孔高质量加工的相关关键问题。取得了如下主要研究成果:1.利用飞秒激光(1030nm,250fs,1mJ,1kHz)通过单柱透镜汇聚,在ITO薄膜上高效制备了规则的低空间频率LIPSS(lowspatialfrequencyLIPSS,LSFL)。当脉冲累积数较少时材料的吸收率低,ITO薄膜主要表现为介质特性,表面出现平行于激光偏振的短条纹,主要是由散射光与入射光干涉引起的激光能量非均匀吸收导致的。当累积脉冲数较多时,材料的吸收率提高了2倍。材料对激光的高吸收导致瞬态金属化,主要表现为等离子体特性。表面等离激元的激发诱导了垂直于激光偏振的规则的LSFL。柱透镜的使用不仅可以提高加工效率,还可以提高LSFL的规则性。在ITO薄膜表面上产生的规则LSFL显示出了鲜艳、明亮的结构色。同时ITO薄膜表面上纳米结构的产生可以调节其光电特性,如增加红外波段的透射率,平行于LSFL方向的高电导率等。这种规则的LSFL及制备方法对制备具有较低损耗的液晶光子器件、形成具有定向电导取向层等方面具有巨大的应用潜力。利用单柱透镜聚焦飞秒激光(1030nm,250fs,1mJ,1kHz)在镀ITO膜玻璃表面,通过能量转移高效率地制备了大面积规则的LSFL。与直接在玻璃表面加工相比,在镀膜玻璃上所使用的激光能流密度只有裸玻璃的五分之一,这大大降低了激光烧蚀剩余热效应,得到的LSFL更直、更规则。研究了激光能流密度和扫描速度对所获得的LSFL的周期性和规则性的影响。当飞秒激光能流密度为1.09J/cm~2,扫描速度为3mm/s时,在玻璃表面获得了周期为930nm的大面积规则的LSFL。本文提供了一种可以在玻璃表面上高效率制备规则纳米光栅的方法。2.通过单柱透镜聚焦飞秒激光(800nm,50fs,1kHz),在镀ITO膜玻璃表面上高效率地产生了具有双折射效应的高空间频率LIPSS(highspatialfrequencyLIPSS,HSFL)。所使用的镀膜玻璃上的激光能流密度仅为裸玻璃上的十分之一,这大大降低了烧蚀剩余热效应,并增加了具有纳米结构的表面层的厚度。使用柱透镜单次扫线可制备4mm宽的HSFL,加工效率是使用圆形透镜的100倍。使用该方法高效地产生了周期为100nm、具有双折射效应的HSFL,延迟量高达44nm,是裸露玻璃的8倍。剖开镀ITO膜玻璃和裸玻璃观察具有LIPSS的截面,发现镀ITO膜玻璃的LIPSS层为1.6μm厚,而在裸玻璃上则观测不到LIPSS层。这是导致镀ITO膜玻璃的双折射效应高的主要原因。通过能谱仪(energydispersivespectrometer,EDS)测定截面上不同穿透深度的铟离子含量。结果表明,铟离子在激光烧蚀过程中会穿透玻璃,强烈吸收后续的激光脉冲能量激发纳米等离子体。由于不均匀的局部场增强,纳米等离子体生长成垂直于激光偏振的纳米平面,形成LIPSS层。3.提出了通过两个柱透镜实现飞秒激光束(800nm,50fs,1kHz)的聚焦和干涉,在熔融石英表面高效率地制造出两种类型的规则、平直的大面积LIPSS:类纳米光栅结构和间隔式纳米结构。该方法具有以下优点:(1)不均匀性和低效率是限制激光诱导LIPSS应用的两个重要因素,尤其是在玻璃等高损伤阈值的介质材料表面。本文中提出的柱透镜双光束干涉法,可以有效地制备出大面积规则且均匀的低空间频率LIPSS。(2)柱透镜的线聚焦方式可以极大的提高加工效率和LIPSS的规则性。单次扫线可制备出4mm宽的纳米周期结构。(3)将熔融石英安装在x-y-z-θ四轴电控移动台上,制造出了具有不同方向的类光栅周期结构的花瓣,以及光栅沿半径方向和垂直半径方向两种类型的花朵。与间隔式的纳米结构相比,类纳米光栅结构的颜色更加纯净、明亮。4.基于飞秒激光加工精度高、热效应小、无材料选择性的特点,结合纳秒激光功率高、重复频率高、稳定性好、加工速度快的特点,设计并搭建了400nm飞秒/532nm纳秒复合精密加工系统,研究了涡轮机叶片气膜孔的高精度、高速度的复合激光加工的相关关键问题。研究了镍基合金平板和带热障涂层镍基合金平板上圆形通孔、异型孔的激光加工,掌握了激光加工的工艺参数对气膜孔质量的影响规律,实现了气膜孔(包含圆孔、异型孔)的高深径比(