超快激光诱导周期性表面结构可以有效地调控材料特性，在表面着色、大面积光栅、双折射光学元件、光存储和表面润湿性等方面具有广阔的应用前景。调控和高效制备规则、均匀、深的亚波长周期条纹是实现这些功能的关键。目前，在加工规则且均匀的LSFL过程中主要存在以下三个挑战：增强周期性能量沉积、减少烧蚀剩余热、避免碎屑的沉积。

贾天卿教授研究团队基于4f结构零色散脉冲整形系统，利用周期性π相位阶跃调制，将傅里叶极限脉冲整形成为飞秒脉冲序列，脉冲序列内的子脉冲间隔在0.25-16.2 ps范围内可调。利用子脉冲间隔为16.2 ps的脉冲序列，有效控制超快激光与材料相互作用的超快动力学过程，在硅表面上高效率加工出了非常规则的亚波长周期条纹。

当子脉冲间隔为16.2 ps的脉冲序列内的两个最强的子脉冲照射硅表面后，表面会形成瞬态周期条纹，增强了SPP的激发和周期性光场分布。此外，当后续子脉冲照射硅表面时，表面区域部分材料被进一步激发并喷出表面，带走沉积的热量（烧蚀-冷却效应）。前面子脉冲产生的喷出物，包括羽流和碎屑，会被后续子脉冲进一步激发，碎屑被电离和气化成气溶胶，使得沉积颗粒大大减少。SPP和周期性激光能量沉积得到增强，同时剩余热和沉积的碎屑大大减少。因此子脉冲间隔为16.2 ps的脉冲序列在硅表面高效的加工出了规则且较深的亚波长周期条纹。相关研究结果发表在 Photonics Res. 9(5), 050839 (2021)。

图1  整形飞秒激光脉冲诱导规则周期性表面结构原理示意图。