利用纳秒激光贝塞尔光束对 Si(111) 表面直接微结构化

我们在此展示利用无衍射（贝塞尔-$J_0$）光束对 Si(111) 晶圆进行纳秒激光烧蚀。首先，用可见光与红外光源表征了用于光束整形的 Axicon 锥形光学元件。随后，用基底角 $\alpha=1^{\circ}$ 与 $\alpha=20^{\circ}$ 生成的贝塞尔光束获得烧蚀轮廓，并通过扫描电子、原子力以及光学干涉显微镜进行表征。实验结果与使用贝塞尔函数得到的理论预测相比较。结果表明，贝塞尔光束可实现 Si(111) 样品的直接微结构化，因为只要激光脉冲能量处于我们实验中发现的能量范围，贝塞尔光束仅中心光斑即可损伤表面。此外，我们的结果清楚表明，在纳秒脉冲 regime 下由热膨胀导致的减小热影响区(HAZ)是贝塞尔光束相对于同光斑尺寸高斯光束的天然结果。最后，纳秒脉冲显示出关于脉冲能量的两种烧蚀 regime，结构质量可通过使用高质量高斯光束（$M^{2}\approx1$）提升，且所制备结构尺寸可通过在本方案中使用更大基底角 Axicon（如 $\alpha=40^{\circ}$）大幅减小。