近日，南方科技大學機械與能源工程系助理教授徐少林團隊圍繞“激光超分辨率納米制造”主題，在Nature Communications, Advanced Optical Materials, Laser & Photonics Reviews, Nano Letters, ACS Applied Materials & Interfaces等激光微納米制造領域高水平期刊上發表系列論文，內容涉及激光亞波長圖案化納米制造、激光誘導周期性納米光柵制造、線形脈沖激光跨大尺度微納復合制造、耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體刻蝕制造等。

在激光亞波長圖案化納米制造方面，大面積無拼接超衍射極限圖案化納米制造在半導體及光學微納器件等領域具有至關重要的作用，開發低成本、高效率制備技術及配套設備對于上述領域的高質量發展具有極其重要的意義。

研究人員利用準二元相位掩模對光束進行偏振過濾，結合偏振與相位優化，得到了具有亞波長圖案化波前的超快激光脈沖，使用快速掃描形成脈沖分離進行周期性改性/燒蝕，在大氣環境下實現了晶圓級表面圖形化微納結構的均勻高效制造。

制備的圖案化結構在設計上高度自由可控，且具有亞波長圖形分辨率（520 nm波長實現了300 nm的圖形分辨率），無拼接現象。研究人員設計并加工了超表面吸收器器件，在中紅外波段（3-7微米）實現了高達98%的單峰和雙峰吸收率。上述開發的高效激光亞波長圖案化加工方法具有普適性，且能夠適用于任意薄膜材料的圖案化加工。

圖1 新型亞波長圖案化整形脈沖激光光刻技術

在激光誘導周期性納米光柵可控制造方面，激光誘導周期性表面結構（LIPSS）能夠突破光的衍射極限，獲得亞波長（~λ/2）至超深亞波長（~λ/8）分辨率的納米光柵結構，但其結構的空間長程無序性限制了其在工業界的應用。

研究人員基于對超快激光激發表面等離激元波干涉現象的研究，首次系統解釋了激光誘導納米光柵結構空間分布紊亂的成因，并提出了相應的調控策略，即利用表面等離激元波干涉所引起的自對準現象，實現了長程有序亞波長光柵結構的高效大面積制備。進一步，對超快光源進行光束整形，形成均勻一致的線光源，通過調整激光加工策略，在單次掃描中穩定實現了成千上萬二維陣列單元的自發生成，達到了在晶圓級大小樣品上高效制備均勻二維納米結構的目的。

圖2 基于激光誘導周期性表面結構自對準現象開發的高效二維納米圖案化技術

在線形脈沖激光跨大尺度微納復合制造方面，跨大尺度分級金屬微納米網格結構（亞100nm至數微米尺度）是提高透明柔性電子器件的透光性、導電性和機械穩定性的一種有效途徑，然而高效經濟地制備上述微納復合結構仍極具挑戰性。

研究人員創造性地提出了一種單步無掩膜線形脈沖激光光刻技術，通過調制線形脈沖光源的分離燒蝕，可高效制備線寬從50 nm至數微米連續可調的金屬網格線。研究人員利用該技術設計并制備了一種柔性透明電極，在保證透過率大于80%的前提下，得到了4.6 Ω/sq的薄層電阻，在經過1000次的抗彎測試后仍能保持良好的光電性能。

進一步，研究人員將該技術應用于制備一種柔性多向應變傳感器，利用單層薄膜實現了多向應變傳感的功能，且在靈敏度和響應性方面都具有顯著優勢，且顯示出良好的機械穩定性和循環穩定性。

圖3 線形脈沖激光光刻用于跨大尺度微納復合制造

在耐久性納米錐的激光摻雜增強等離子體刻蝕制造方面，表面納米結構可有效減低界面處的菲涅爾反射，從而提高光學窗口的透過性，實現表面增透的應用。然而納米錐等表面結構在受到摩擦或顆粒撞擊時易發生磨損和斷裂導致性能失效，這限制了其在極端環境下的應用。

研究人員巧妙地設計了一種微框架結構，對表面納米錐陣列進行保護，使得制備的納米錐增透表面同時具備了高抗磨損性能。結合超快激光加工與干法刻蝕技術，研究人員提出了一種區域化激光摻雜復合干法刻蝕技術，在石英玻璃、本征SiC等光學窗口表面驗證了高透過率、長耐久性光學增透窗口的制造可行性。該研究提出的設計制造方法，能夠有效解決增透表面的耐久性難題，有望推動極端環境下光學增透窗口的研究與應用。

審核編輯：劉清