CN114221208A - 纳米阵列制备***及纳米阵列制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米阵列制备***及纳米阵列制备方法。其中，纳米阵列制备***包括：激光器，用于生成激光，并用于在基板的第一路径辐照生成第一纳米阵列；控制器，与激光器连接；位移台，用于承载基板；其中，激光器包括光束整形模块，光束整形模块用于生成平顶线聚焦光束；控制器还用于控制位移台移动预设距离，以使激光在基板的第二路径辐照生成第二纳米阵列；其中第一纳米阵列与第二纳米阵列间呈现交错排布，并在连续扫描中生成类蜂窝状的二维纳米结构。本发明的纳米阵列制备方法能够实现纳米阵列的高效大面积制备。

Description

纳米阵列制备***及纳米阵列制备方法

技术领域

本发明涉及纳米阵列制备技术领域，尤其涉及一种纳米阵列制备***及纳米阵列制备方法。

背景技术

纳米阵列作为一种周期性表面结构，由于其特殊的光学性能被广泛应用于各种领域。

然而，相关技术中，仍然难以实现均匀纳米阵列的高效大面积制备。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纳米阵列制备***及纳米阵列制备方法，能够实现纳米阵列的高效大面积制备。

第一方面，本申请提供了一种纳米阵列制备***，应用于基板，包括：激光器，用于生成激光，并用于在所述基板的第一路径辐照生成第一纳米阵列；控制器，与所述激光器连接；位移台，用于承载所述基板；其中，所述激光器包括光束整形模块，所述光束整形模块用于生成平顶线聚焦光束；所述控制器还用于控制所述位移台移动预设距离，以使所述激光在所述基板的第二路径辐照生成第二纳米阵列；其中，所述第一纳米阵列包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列包括多个第二纳米子阵列；相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的垂直方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

本申请实施例通过调控激光器产生激光的波长、偏振方向、单脉冲能量以及位移台的运动速度，能够在基板上扫描生成相应的不同周期、不同结构类型(点阵或者孔阵)、不同取向、不同单元长度的纳米阵列，制备纳米阵列单元的形貌、长度和取向等结构特征具有可控性。同时，利用均匀平顶线光源辐照基板，可以在单次辐照中在线光源长轴方向实现多个亚波长纳米子阵列的同步制备，提高了制备效率与纳米子阵列的均匀性。由于利用激发表面等离激元波进行周期性局部烧蚀，制备的纳米阵列的尺寸为亚波长级别，制备过程不受衍射极限以及聚焦光斑影响。通过调控激光光斑的辐照区域重叠率，利用制备过程中激发的光栅耦合效应及表面波周期性干涉增强，实现纳米阵列的自对准生长，在制备大面积的纳米阵列时无需额外的复杂拼接对准步骤，实现纳米阵列的高效大面积制备。

在一些实施例中，所述纳米阵列制备***还包括：成像装置，与所述激光器连接，用于采集所述激光器加工所述基板的图像；其中，所述控制器还用于根据所述图像计算得到所述预设距离，所述控制器根据所述预设距离控制所述位移台移动。

在一些实施例中，所述成像装置包括：LED光源，用于发出单色光；成像透镜组，与所述LED光源连接，用于将所述单色光照射至所述基板上，并收集反射光；CMOS相机，与所述成像透镜组连接，用于获取所述反射光并生成所述图像。

第二方面，本申请提供了一种纳米阵列制备方法，应用于上述任一项实施例所述的纳米阵列制备***，所述纳米阵列制备方法包括：

控制所述激光器生成激光；

根据所述激光在所述基板的第一路径辐照生成第一纳米阵列；

控制所述位移台移动预设距离，以使所述激光在所述基板的第二路径辐照生成第二纳米阵列；

其中，所述第一纳米阵列包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列包括多个第二纳米子阵列；相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的垂直方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

在一些实施例中，所述预设距离在预设阈值区间内。

在一些实施例中，所述激光为线光源。

在一些实施例中，所述激光沿所述第二路径辐照的光斑与所述第一纳米阵列至少部分重叠。

在一些实施例中，所述第一纳米阵列与对应的所述第二纳米阵列形成纳米阵列组；所述纳米阵列组包括多个所述第一纳米子阵列和多个所述第二纳米子阵列；所述纳米阵列制备方法还包括：

控制所述基板移动预设距离，再次执行步骤控制所述激光器生成所述激光，以使所述激光在所述基板上辐照生成所述纳米阵列组。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明纳米阵列制备***一结构示意图；

图2为本发明纳米阵列制备***一纳米阵列示意图；

图3为本发明纳米阵列制备***一纳米点阵扫描电子显微图；

图4为本发明纳米阵列制备***一纳米孔阵扫描电子显微图；

图5为本发明纳米阵列制备方法一流程图。

附图标记：100、纳米阵列制备***；110、激光器；111、超快光源；112、能量调节模块；1121、半波片；1122、格兰棱镜；113、光束扩束准直模块；1131、第一凸透镜；1132、第一凹透镜；114、光束整形模块；1141、第一反射镜；1142、第二反射镜；1143、空间调制器；1144、第二凸透镜；1145、第三凸透镜；1146、偏振片；115、二向色镜；116、聚焦模块；1161、柱凸透镜；120、成像装置；121、LED光源；122、第三反射镜；123、分束镜；124、CMOS相机；130、基板；140、位移台；150、控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

需要说明的是，位移台用于承载所述基板并控制基板的移动。通过激光辐照的方法，能够在基板上制备出具有一定周期的二维纳米阵列结构。其中，二维纳米阵列是由大量等大小等间距的纳米阵列单元(纳米子阵列)构造的表面周期性结构。然而，按照常规技术，诱导形成的纳米阵列结构难以实现长程有序的特征，激光诱导产生的纳米结构的类型及均匀性均有一定的局限性。且激光辐照产生的纳米阵列是在光斑辐照区域内上长度和大小均有限的一维的纳米阵列，即激光辐照产生的纳米阵列面积有限。同时激光诱导周期性表面结构的方法由于依赖于表面等离激元波与入射光干涉所引起周期性烧蚀，该方法所获取的纳米结构本质上为一维的光栅结构，而通过各类复杂光场调控或多效应耦合，可在一定程度上将获取结构阵列从一维光栅拓展至二维纳米阵列，但上述方法仍依赖于特定加工工况以及复杂的光路，且难以高效大面积的获取长程有序的二维纳米阵列。

请参阅图1至图4，本申请提供了一种纳米阵列制备***100，应用于基板130，所述纳米阵列制备***100包括：激光器110，用于生成激光，并用于在所述基板130的第一路径辐照生成第一纳米阵列1；控制器150，与所述激光器110连接；位移台140，用于承载所述基板130；其中，所述激光器110包括光束整形模块114，所述光束整形模块114用于生成平顶线聚焦光束；所述控制器150还用于控制所述位移台140移动预设距离，以使所述激光在所述基板130的第二路径辐照生成第二纳米阵列2；其中，所述第一纳米阵列1包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列2包括多个第二纳米子阵列；相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的垂直方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

可以理解的，超快激光能够在材料表面辐照产生周期性结构。当入射激光的能量密度在材料损伤阈值附近或者高于材料损伤阈值时，入射激光就会在材料表面产生周期性结构。所述材料可以是金属、半导体等固体材料，也可以是薄膜。当基板130被接近其本身损伤阈值的超短脉冲激光能量辐照时，激光激发的表面等离激元波将与入射光发生干涉并形成周期性局部增强的电磁场能量分布，且当局部电磁场能量强度超过基板130的材料烧蚀阈值时，将引起材料的周期性烧蚀并产生稳定的表面周期性结构。进一步的，上述材料表面的局部增强场的作用特征尺寸为亚波长级别，因此，本实施例所制备的纳米阵列周期性结构特征是超衍射极限的。

具体的，所述激光器110用于生成对基板130进行纳米阵列制备所需的飞秒脉冲激光。所述激光器110包括超快光源111、能量调节模块112、光束扩束准直模块113、光束整形模块114、聚焦模块116。其中，超快光源111用于发出激光重复频率可调的飞秒高斯线偏振脉冲激光。所述能量调节模块112用于对超快光源111发出的飞秒高斯线偏振脉冲激光进行单脉冲能量调控，从而获取能量可调的高斯光束。所述高斯光束是横向电场以及辐照度分布近似满足高斯函数的电磁波光束。具体的，所述能量调节模块112由半波片1121、格兰棱镜1122组成。由于脉冲激光是大量光子集中在一个极小的时间范围***出，因此能量密度非常高，输出功率大；通过计算脉冲激光在一段工作时间内的平均功率P(即单位时间内消耗的能量值)，以及脉冲激光的重复频率f(即单位时间内发射的激光脉冲个数)，则单脉冲能量J可以由以下计算公式得出：

通过光束扩束准直模块113对进行能量调制后的高斯光束光斑进行扩束准直，并得到扩束准直光斑。所述光束扩束准直模块113包括第一凹透镜1132、第一凸透镜1131。所述光束扩束准直模块113能够改变高斯光束的直径和发散角。从超快光源111发出的激光经过能量调节模块112调制后，具有一定的发散角，为了获得高功率密度的激光光斑，需要调整激光的发散角，使高斯光束变为准直(平行)光束；在激光光束被聚焦之前扩大激光光斑的直径，从而获得更小的聚焦光斑。因此，通过光束扩束准直模块113的第一凹透镜1132、第一凸透镜1131，能够提高光束的准直特性和光斑聚焦程度。扩束准直光斑从光束扩束准直模块113出射后进入光束整形模块114。所述光束整形模块114包括第一反射镜1141、空间调制器1143、第二凸透镜1144、第二反射镜1142、第三凸透镜1145和偏振片1146。通过光束整形模块114能够获得能量分布均匀、边界陡峭，同时具有特定形状的平顶光斑。当扩束准直光斑经过光束整形模块114均匀化处理后，光斑的能量分布均匀，入射的高斯光束整形为平顶光束。所述平顶光束在其传播截面内的一定区域能量密度几乎一致。所述平顶光束经过光束整形模块114中的偏振片1146后，由线偏振平顶光束偏振将发生调制，所述线偏振平顶光束的偏振角度可以根据实际需要调整偏振片1146的角度获得。则扩束准直的高斯光束在经过光束整形模块114后，能够获得特定偏振状态的线偏振平顶光束。

具体的，所述线偏振平顶光束经过二向色镜115反射后，入射到聚焦模块116。所述二向色镜115又称为双色镜，其特点是对一定的波长的光几乎完全透过，而对另外波长的光几乎完全反射。本实施例中，二向色镜115对所述线偏振平顶光束为完全反射。所述聚焦模块116包括柱凸透镜1161，线偏振平顶光束经过柱凸透镜1161聚焦后，由平顶光束聚焦为线光束，即所述线偏振平顶光束变为线偏振均匀线光束。

可以理解的，超快光源111发出飞秒高斯线偏振脉冲激光，高斯光束依次经过由半波片1121和格兰棱镜1122组成的能量调节模块112进行激光能量调节，并进一步通过由第一凸透镜1131和第一凹透镜1132组成的光束扩束准直模块113进行激光扩束；扩束激光经过第一反射镜1141进入由空间调制器1143、第二凸透镜1144、第二反射镜1142、、第三反射镜122、第三凸透镜1145和偏振片1146组成的光束整形模块114，实现线偏振平顶光束的产生；而后经过二向色镜115反射，入射到柱凸透镜1161。调制平顶光束进入柱凸透镜1161聚焦模块116获取特定偏振状态的均匀平顶线光源。最终由激光器110输出具有特定能量、偏振态、波长的均匀平顶线光源。将所述均匀平顶线光源照射至基板130表面，并通过调整柱凸透镜1161到基板130的距离，将均匀平顶线光源的焦点位置调整至基板130表面。利用控制器150控制位移台140与上述超快光源111联动，实现均匀平顶线光源在基板130表面制备出纳米阵列。

可以理解的，本实施例中通过上述激光器110生成的均匀平顶线光源辐照产生激光诱导表面周期性结构的方法，在基板130上制备出所述纳米阵列结构。具体的，所述均匀平顶线光源的光斑3(即图2的阴影部分)聚焦在基板130的第一路径上，同时入射光偏振平行于光斑长轴方向，使得均匀平顶线光源的激光光斑3在基板130的第一路径上生成均匀排布的第一纳米阵列1，所述第一纳米阵列1沿着均匀平顶线光源的光斑3长轴方向生成，形成周期性纳米点/孔阵列。其中所述基板130可以是固体材料、薄膜。随后通过调整激光器110产生激光的脉冲重复频率及位移台140的运动速度，从而间接控制第一纳米阵列1与第二路径上光斑3辐照区域的距离，使得基板130沿着均匀平顶线光源的短轴方向移动预设距离后，激光光斑3聚焦在基板130的第二路径上，辐照生成所述第二纳米阵列2。不同路径上的激光光斑3的辐照区域内子阵列独立生成，即不同扫描路径间的子阵列缺乏有效的耦合机制引起其生成位置随机，从而导致不同激光辐照的第一路径、第二路径上产生的纳米阵列非对准生成，即第一纳米阵列1和第二纳米阵列2没有均匀排布，因而该方法制备的结构将呈现长程无序。本实施例通过控制基板130移动预设距离，使均匀平顶线光源的光斑3聚焦在基板130的第二路径上，同时第二路径上的均匀平顶线光源光斑3覆盖部分已生成的第一路径上的第一纳米阵列1，利用已形成的第一纳米阵列作为均匀的纳米散射体，进而引起第一纳米阵列的相邻子阵列之间产生激发表面等离激元波的干涉，能够在第二路径后续辐照中，实现对表面传播电磁波的能量再分配。由于第一纳米阵列1作为基板130表面已有的结构，在入射激光的辐射下，所述第一纳米阵列1使得生成第二纳米阵列2的能量发生均匀的周期性定向分配。在第一纳米阵列1半周期错位的位置上因为激发表面等离激元波引起光场能量分配的集中，将烧蚀形成与第一纳米阵列1呈现半周期错位的第二纳米阵列，使得纳米阵列自对准生长。其中，所述预设距离即所述均匀平顶线光源生成第一纳米阵列1的第一路径与均匀平顶线光源生成第二纳米阵列2的第二路径之间的距离。

可以理解的，由于入射激光和表面等离激元波的能量再分配，在已生成的第一纳米阵列1的相应位置将产生光学增强效应，并烧蚀出所述第二纳米阵列2。具体的，自对准生成的第二纳米子阵列与相应的第一纳米子阵列为半周期错位，即后续生成的第二纳米子阵列会在相邻的第一纳米子阵列的距离中线的延长线上，在激光辐照的第二路径上自对准生成。

可以理解的，上述的二维阵列的自动对准生长过程中，由于光栅耦合效应及表面等离激元波的干涉增强，生长的纳米单元阵列自对准特性具有鲁棒性，即加工过程中由于切屑或基板表面缺陷引起的局部结构紊乱可在后续纳米单元阵列的自对准生长过程中的实现逐步纠正，最终实现长程有序二维纳米阵列的自对准生长。

具体的，控制超快光源111发出激光的脉冲重复频率、波长以及单脉冲能量，以及位移台140的移动速度，使得上述均匀平顶线光源沿基板130的第一路径生成第一纳米阵列1，其中，第一纳米阵列1中包括多个均匀排布的第一纳米子阵列，且多个第一纳米子阵列的横向排列方向(第一路径的方向)与所述均匀平顶线光源相平行。其中，多个第一纳米子阵列在第一路径方向上与相邻的第一纳米子阵列的间距都相等，所述间距为第一纳米阵列1的周期。控制器150控制位移台140移动预设距离后，使得上述均匀平顶线光源沿第二路径辐照生成第二纳米阵列2。同样的，第二纳米阵列2也包括有多个均匀排布的第二纳米子阵列，且其均匀分布的间隔为第二纳米阵列2的周期。所述纳米阵列(包括第一纳米阵列1和第二纳米阵列2)的周期即本实施例中纳米阵列的子阵列间隔与激光器110产生的激光光波长相关。通过调控出射激光，即所述均匀平顶线光源的光波长大小，能够得到不同间距分布(周期不同)的纳米阵列。此外，制备纳米阵列的周期亦可通过改变入射光与基板130表面的入射夹角以及加工环境介质，如在液体中进行制备，亦可实现进一步调控对制备纳米阵列的周期。具体的，通过调控上述激光器110中的能量调节模块112，控制加工激光的单脉冲能量J，能够调控烧蚀形成的纳米阵列的结构类型。在制备纳米阵列过程中，不同的能量激发能够引起不同的能量分布，并最终形成纳米点阵阵列或者纳米孔阵阵列。如图3、图4所示，其中图3中基板130上为凸起的纳米点阵，图4中基板130上为凹下的纳米孔阵。例如，当激光脉冲重复频率为1kHz，激光单脉冲能量为2.37μJ，即低能量激发时，表面等离激元波激发较弱，因此入射光能量(光斑3长轴方向)及表面等离激元波(光斑3短轴方向)将共同引起烧蚀，从而产生纳米点阵阵列。当激光单脉冲能量为2.66μJ时，即高能量激发时，表面等离激元波激发极强，入射光场能量都集中到了图2中圆内的位置，最终导致纳米孔阵阵列的生成。

具体的，通过调控上述激光器110中光束整形模块114的偏振片1146方向，改变产生的均匀平顶线光源的偏振方向，结合均匀平顶线光源在基板130上扫描的方向(均匀平顶线光源的长轴方向)。通过控制均匀平顶线光源的偏振方向与均匀平顶线光源长轴方向间的夹角从0°到90°变化，能够实现对纳米阵列结构中纳米子阵列取向的调控。

具体的，通过调控上述位移台140的运动速度，即均匀平顶线光源扫描基板130的扫描速度，能够改变均匀平顶线光源的光斑3的脉冲分离距离，从而改变生成的纳米阵列结构的阵列单元长度，即控制纳米子阵列的形貌，例如制备出圆形、类圆形或者长条形的纳米子阵列，乃至圆形、类圆形和长条形的混合结构。

具体的，上述控制基板130移动预设距离是通过调控上述激光器110出射的脉冲激光的重复频率f和位移台140的运动速度实现的。通过控制器150控制位移台140匀速移动，使得所述均匀平顶线光源的光斑3辐照在基板130的不同路径上。例如，激光脉冲重复频率为1kHz，激光单脉冲能量为2.1μJ至3.1μJ之间，位移台140运动速度即基板130运动速度为0.4mm/s至1mm/s，从而控制激光脉冲的重叠率N。所述激光脉冲的重叠率即表示了基板130不同路径间隔的预设距离，激光脉冲重叠率可通过以下计算公式得出：

其中，d为加工激光(即本实施例中的均匀平顶线光源)的光斑3尺寸，v为位移台140的运动速度。在本实施例中通过控制脉冲重叠率N大于等于2.1且小于等于5.25，能够使得相邻制备路径上，前一辐照激光制备的结构对后续入射激光在材料表面的电磁场进行再分配调控，产生相对于已形成纳米阵列结构半周期错位的光学增强效应。进而引起相对于已生成结构半周期错位的烧蚀，即所述第二纳米子阵列在第二路径上与相应的已生成第一纳米子阵列有半周期的错位对准生成。从而产生如图2至图4所述的类蜂窝状分布的纳米阵列结构。针对不同的纳米阵列制备需求，需要采用不同的光斑3的大小、不同的激光波长、不同的激光单脉冲能量大小以及不同的扫描速度(基板130的运动速度)，则脉冲重叠率N也需进行相应的调整。对此，本实施例在此不一一赘述。

可以理解的，本实施例中激光器110产生的均匀平顶线光源在第一路径或其他路径上辐照时，通过单次辐照即可制备出路径上均匀排布的纳米子阵列。且通过控制出射激光的脉冲重叠率，即调控均匀平顶线光源的辐照路径的间距(预设距离)，能够使得激光辐照的辐照路径在相邻的已生成纳米阵列对应的位置上产生光场能量增强，从而使得激光辐照路径上自对准生成半周期错位的纳米阵列，从而实现二维纳米阵列的大面积均匀制备。结合均匀平顶线光源单次扫描即可制备纳米阵列，能够实现均匀纳米阵列的高效大面积制备。

本申请实施例通过调控激光器110产生激光的波长、偏振方向、单脉冲能量以及位移台140的运动速度，能够在基板130上扫描生成相应的不同周期、不同结构类型(点阵或者孔阵)、不同取向、不同单元长度的纳米阵列，制备纳米阵列单元的形貌、长度和取向等结构特征具有可控性。同时，利用均匀平顶线光源进行扫描，提高了制备效率与纳米子阵列的均匀性。由于制备的纳米阵列的尺寸为亚波长级别，制备过程不受衍射极限以及聚焦光斑影响。通过调控激光光斑的重叠率，利用制备过程中均匀线光源在均匀纳米阵列表面激发的光栅耦合效应及表面波周期性干涉增强，引起基板表面的均匀周期性均匀光场增强，并进一步实现纳米阵列的自对准生长，在制备大面积的纳米阵列时无需额外的复杂拼接对准步骤，实现纳米阵列的高效大面积制备。

请再次参阅图1，在一些实施例中，所述的纳米阵列制备***100还包括：成像装置120，与所述激光器110连接，用于采集所述激光器110加工所述基板130的图像；其中，所述控制器150还用于根据所述图像计算得到所述预设距离，所述控制器150根据所述预设距离控制所述位移台140移动。

具体的，所述成像装置120用于对所述激光加工所述基板130过程进行图像获取。通过成像装置120能够实时观测基板130上纳米阵列制备的情况。根据获取基板130加工过程的材料烧蚀图像，可通过该图像信息进一步调节柱凸透镜1161与基板130表面的相对位置，从而使得光斑焦点聚焦在基板130表面，实现纳米阵列的制备。

请再次参阅图1，在一些实施例中，所述成像装置120包括：LED光源121，用于发出单色光；成像透镜组，与所述LED光源121连接，用于将所述单色光照射至所述基板130上，并收集反射光；CMOS相机124，与所述成像透镜组连接，用于获取所述反射光并生成所述图像。

具体的，所述成像透镜组包括分束镜123和第三反射镜122。在制备纳米阵列的过程中，LED光源121发出单色光经过分束镜123反射，依次通过二向色镜115、聚焦物镜至基板130表面区域，而后沿入射路径传播，依次经过聚焦物镜、二向色镜115和分束镜123，最后通过第三反射镜122进入CMOS相机124成像，实现对基板130上均匀平顶线光源制备纳米阵列状况的实时观测。

请参阅图1至图5，第二方面，本申请实施例提供了一种纳米阵列制备方法，应用于上述任一项实施例所述的纳米阵列制备***100，包括：

步骤S101、控制激光器生成激光；

步骤S102、控制位移台移动预设距离。

所述激光用于在所述基板130的第一路径辐照生成第一纳米阵列1；控制所述位移台140移动预设距离，以使所述激光在所述基板130的第二路径辐照生成第二纳米阵列2；其中，所述第一纳米阵列1包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列2包括多个第二纳米子阵列；相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

可以理解的，通过激光器110产生激光参数可调控的均匀平顶线光源，所述均匀平顶线光源辐照在被加工的基板130上以扫描生成纳米阵列。通过调控位移台140的运动速度以及激光器110的激光重复频率，能够改变均匀平顶线光源在相邻辐照路径的间隔大小，即所述预设距离的大小，从而对入射激光与基板130表面激发的表面等离激元波的能量再分配，在已生成的第一纳米阵列1半周期错位的第二路径上产生光场增强，使得第二纳米阵列2的相对于第一纳米阵列1自对准生成。实现任意相邻纳米阵列的自对准半周期错位生成。

具体的，根据不同的激光参数以及生成纳米阵列结构的类型，可以设置相应的位移台140运动速度。例如，当激光参数为：激光波长为520nm，脉冲宽度为300fs，激光单脉冲能量为2.66μJ，光斑3短轴尺寸为2.1μm，激光脉冲重复频率为1kHz，基板运动速度为0.4-1mm/s，即脉冲重叠率2.1≤N≤5.25时，生成均匀的纳米孔阵阵列。

可以理解的，如图2所示，均匀平顶线光源辐照在基板130上并生成第一纳米阵列1，位移台140匀速移动，使得激光沿基板130扫描。后续辐照的激光光斑3聚焦在第二路径上，且局部覆盖第一纳米阵列1，并烧蚀产生所述第二纳米阵列2，可以理解的，在该脉冲重叠率范围内，入射激光可支持足够载流子浓度的激发，从而产生表面等离激元波以实现基板130表面的周期性烧蚀。进一步的，在扫描过程中，均匀平顶线光源的光斑3在第二路径上时，光斑3的覆盖范围与第一路径内的部分第一纳米阵列1有部分重叠，基板130表面的第一纳米阵列1作为一排周期一致、规整性良好的周期性重复单元，可以对入射光能量产生一致的周期性调制，即通过相邻结构的表面等离激元波干涉，在第一纳米阵列1的相邻纳米子阵列中间产生能量发生增强并引起该区域的基板130烧蚀，即在与第一纳米阵列1半周期错位位置发生周期性的结构烧蚀，生成第二纳米阵列2。更进一步的，在后续入射光辐照下，不断重复上述错位位置的周期性烧蚀过程，从而实现纳米阵列的半周期错位自对准生长。

可以理解的，在上述特定的脉冲重叠率范围内，控制位移台140的运动速度，即激光的扫描速度，能够实现不同尺寸程度的周期性纳米阵列的自动对准生长，即上述中基板移动不同预设距离时，可生成不同长度的周期性纳米单元阵列，从而实现对纳米结构单元形状的调控。

在一些实施例中，所述纳米阵列制备方法还包括：所述预设距离在预设阈值区间内。

具体的，通过调控激光器110产生激光的脉冲重复频率、位移台140运动速度，能够改变均匀平顶线光源在基板130上的脉冲重叠率，从而调控激光相邻辐照路径的间隔，即所述预设距离。通过调控预设距离的大小，使得其小于或者等于预设阈值时，相邻辐照路径上的已生成第一纳米阵列1对第二纳米阵列2的生成有指导作用，即后续生成的第二纳米阵列2在相应于第一纳米阵列1半周期错位的第二路径上自对准生成。当预设距离大于预设阈值时，这种半周期错位的自动匹配生成不再存在。根据不同的纳米阵列制备需求和激光参数，可以选择不同的预设阈值。

在一些实施例中，所述激光为线光源。

可以理解的，线光源为光斑聚集图形长轴远大于的短轴的光束。同时，其他形式的线光源如高斯线光源等亦能实现上述平顶线光源的二维纳米阵列均匀制备的类似效果。通过激光器110产生的均匀平顶线光源相比于其他的激光，能够在单次辐照第一路径或者第二路径时，即可制备出相应的纳米阵列(第一纳米阵列1或者第二纳米阵列2)，提高了纳米阵列制备的效率，实现纳米阵列的高效制备。

请参阅图2，在一些实施例中，所述激光沿所述第二路径辐照的光斑3与所述第一纳米阵列1至少部分重叠。

具体的，均匀平顶线光源的光斑3即图2中的阴影部分所示，光斑3与第一纳米阵列1有重叠部分，则已生成的第一纳米阵列1对入射的激光和表面等离激元波产生能量再分配，并生成自动对准的第二纳米阵列2。因此，通过控制激光光斑3与已生成纳米阵列的重叠程度，能够实现相邻辐照路径纳米阵列的自动对准生长。

在一些实施例中，所述第一纳米阵列1与对应的所述第二纳米阵列2形成纳米阵列组；所述纳米阵列组包括多个纳米子阵列；所述纳米阵列制备方法还包括：控制所述基板130移动预设距离，再次执行步骤控制所述激光器110生成所述激光，以使所述激光在所述基板130上辐照生成所述纳米阵列组。

可以理解的，控制基板130移动预设距离后，生成与第一纳米阵列1自对准的第二纳米阵列2。以所述第二纳米阵列2为已生成纳米阵列，再将所述基板130移动预设距离，激光光斑3沿第三路径辐照基板130，此时的第二纳米阵列2与入射激光相互作用，使得基板130上的能量再分配，在与第二纳米阵列2相对应的位置产生光场增强，并生成第三纳米阵列。根据预设距离继续移动基板130，能够在基板130上生成无数个与相邻路径的已生成纳米阵列相对应的新生成纳米阵列，且所述已生成纳米阵列与新生成纳米阵列为一个纳米阵列组。纳米阵列组中的纳米阵列通过控制预设距离实现自对准生成，同时纳米阵列组间的纳米阵列同样能够实现自动对准生成。则通过本实施例自动对准生成无数个纳米阵列组，均匀平顶线光源能够在基板130上制备出大面积的均匀纳米阵列结构。

通过上述纳米阵列制备方法，能够实现纳米阵列的高效大面积制备。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.纳米阵列制备***，应用于基板，其特征在于，包括：

激光器，用于生成激光，并用于在所述基板的第一路径辐照生成第一纳米阵列；

控制器，与所述激光器连接；

位移台，用于承载所述基板；

其中，所述激光器包括光束整形模块，所述光束整形模块用于生成平顶线聚焦光束；

所述控制器还用于控制所述位移台移动预设距离，以使所述激光在所述基板的第二路径辐照生成第二纳米阵列；其中，所述第一纳米阵列包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列包括多个第二纳米子阵列；

相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的垂直方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

2.根据权利要求1所述的纳米阵列制备***，其特征在于，还包括：

成像装置，与所述激光器连接，用于采集所述激光器加工所述基板的图像；

其中，所述控制器还用于根据所述图像计算得到所述预设距离，所述控制器根据所述预设距离控制所述位移台移动。

3.根据权利要求2所述的纳米阵列制备***，其特征在于，所述成像装置包括：

LED光源，用于发出单色光；

成像透镜组，与所述LED光源连接，用于将所述单色光照射至所述基板上，并收集反射光；

CMOS相机，与所述成像透镜组连接，用于获取所述反射光并生成所述图像。

4.纳米阵列制备方法，应用于如权利要求1至3任一项所述的纳米阵列制备***，其特征在于，所述纳米阵列制备方法包括：

控制所述激光器生成激光；

根据所述激光在所述基板的第一路径辐照生成第一纳米阵列；

控制所述位移台移动预设距离，以使所述激光在所述基板的第二路径辐照生成第二纳米阵列；

其中，所述第一纳米阵列包括多个第一纳米子阵列，所述第二纳米阵列包括多个第二纳米子阵列；

相邻所述第一纳米子阵列间隔第一间距，所述第二纳米子阵列与对应的所述第一纳米子阵列在第二路径的垂直方向上间隔第二间距，所述第二间距为第一间距的一半。

5.根据权利要求4所述的纳米阵列制备方法，其特征在于，所述预设距离在预设阈值区间内。

6.根据权利要求4所述的纳米阵列制备方法，其特征在于，所述激光为线光源。

7.根据权利要求4所述的纳米阵列制备方法，其特征在于，所述激光沿所述第二路径辐照的光斑与所述第一纳米阵列至少部分重叠。

8.根据权利要求7所述的纳米阵列制备方法，其特征在于，所述第一纳米阵列与对应的所述第二纳米阵列形成纳米阵列组；所述纳米阵列组包括多个所述第一纳米子阵列和多个所述第二纳米子阵列；所述纳米阵列制备方法还包括：

控制所述基板移动预设距离，再次执行步骤控制所述激光器生成所述激光，以使所述激光在所述基板上辐照生成所述纳米阵列组。

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