Generation of Laser-Induced Periodic Surface Structures on Different Glasses by a Picosecond-Pulsed Laser

Bischoff, Kay; Quigley, Peter; Hohnholz, Arndt; Jäschke, Peter; Kaierle, Stefan

doi:10.1016/j.procir.2020.09.098

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“…For wavelengths in the range of 300-2000 nm, this requirement is fulfilled trivially for most metals and semiconductors. For dielectric materials it may be necessary to pre-heat the electronic system with a pre-pulse and thus changing the dielectric function [64,65]. At normal incidence, the period of the resulting structures Λ LIPSS is determined by the wavelength of the SPP [66][67][68][69] and can be calculated from the dispersion relation of the SPP 2.58:…”

Section: Surface Plasmon Polariton Theorymentioning

confidence: 99%

“…Electromagnetic Theories Another electromagnetic theory is based on electromagnetic waves called radiation remnants, that have first been discussed by Sipe et al [74]. This theory is used to describe the phenomenon of LSFL that are found on transparent dielectrics [65,69,75]. This type of LSFL are, in contrast to the LSFL given by the SPP theory, parallel to the polarisation of the laser beam and are therefore sometimes called LSFL || or LSFL-II.…”

Section: Other Theoriesmentioning

confidence: 99%

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Investigation of laser-induced structures on metal surfaces produced via two-beam and laser-plasmon interference

Oltmanns¹

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Mithilfe periodischer Strukturen lassen sich die Eigenschaften einer Oberfläche vielfältig verändern, dabei hängt es stark von der Art der Strukturen ab, welche Eigenschaften die Materialoberfläche annimmt. In dieser Arbeit geht es um die Erzeugung von periodischen Strukturen auf Metalloberflächen mit Hilfe von Ultrakurzpulslasern. Dabei werden sowohl deterministische Strukturen durch Überlagerung miteinander interferierender Strahlen, wie auch Rippelstrukturen (eng. Laser-induced periodic surface structures, LIPSS) durch eine einfache Bestrahlung, generiert. Im Folgenden wird auf beide Methoden eingegangen und die Eigenschaften der jeweils erzeugten Strukturen untersucht. Dabei werden externe Parameter wie die Wellenlänge des Lichts, die Pulsdauer, die Energieverteilung, als auch das Umgebungsmedium variiert und die Veränderungen der Strukturen untersucht. Zusätzlich werden die Ergebnisse mit Simulationen verglichen, um die zugrundeliegenden Prozesse der Strukturierung besser zu verstehen. Unter festen und flüssigen transparenten Deckschichten unterschiedlicher Dicke wurden Strukturen auf Gold durch Zweistrahlinterferenz erzeugt. Dabei wurde ein Femtound ein Pikosekundenlaser verwendet. Es zeigt sich, dass Strukturen unter einer transparenten Deckschicht eine geringere Höhe der Strukturen und weniger Debris aufweisen. Für den Femtosekunden-Puls unter flüssiger Deckschicht zeigte sich eine inhomogene Strukturverteilung, was auf die Entstehung einer Druckblase in der Deckschicht zurückgeführt werden kann, die die entstehenden Strukturen nach unten und zur Seite. Bei Pikosekunden-Pulsen und bei fester Deckschicht bildeten sich homogene Strukturen. Ebenfalls wurden mit Femtosekunden-Pulsen unterschiedlicher Wellenlänge (UV, grün, IR) Rippelstrukturen auf Gold erzeugt, auch hier mit und ohne transparente Deckschicht. Es zeigt sich, dass die Eigenschaften der erzeugten Strukturen gut mit der Plasmonentheorie erklärbar sind, was einen weiteren Hinweis dafür liefert, dass LIPSS als Ergebnis einer Interferenz zwischen SPP und dem einfallenden Licht entstehen. Außerdem wird eine Methode vorgestellt, um die Höhenverteilung der Strukturen zu verändern.

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Section: Surface Plasmon Polariton Theorymentioning

confidence: 99%

Section: Other Theoriesmentioning

confidence: 99%

Investigation of laser-induced structures on metal surfaces produced via two-beam and laser-plasmon interference

Oltmanns¹

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Structural Color Generation on Transparent and Flexible Substrates by Nanosecond Laser Induced Periodic Surface Structures

Arthanari

Park

Bose

et al. 2023

Adv Materials Technologies

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Laser patterning to fabricate micro/nanoscale structures attracts enormous attention as they find many functional applications owing to their controllable structure and unique properties. The present work proposes a unique solution‐based method to fabricate laser‐induced periodic surface structure (LIPSS) patterns on a thin film of Titanium (IV) butoxide and Ag organometallic (OM) solution‐coated glass substrates with near infra‐red (NIR) nanosecond (ns) laser. The formation of periodic patterns has been confirmed, the thin film solution concentration affects the LIPSS pattern thickness and a continuous pattern is achieved with the diluted solution. Parametric studies demonstrate that the LIPSS patterns could be achieved with optimal solution dilution, laser fluence, scan speed, and pulse duration. A high power and faster scan speed result in discontinued, and defective patterns. The photothermal process such as material reorganization followed by electromagnetic absorption that takes place during laser patterning is mainly responsible for the fabrication of controlled structures. LIPSS patterned surfaces exhibit iridescent surface coloration while illuminated with white light, and the color spectrum from red to blue is distinguished. LIPSS patterned substrates serve as mold and structures are transferrable to the poly dimethyl siloxane (PDMS) film and exhibit iridescent structural coloration like LIPSS patterned substrates.

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Femtosecond fiber laser-induced surface structuring of metals at cryogenic temperatures

Boltaev,

Baker,

Alnaser

2023

Applied Surface Science Advances

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Generation of Laser-Induced Periodic Surface Structures on Different Glasses by a Picosecond-Pulsed Laser

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Investigation of laser-induced structures on metal surfaces produced via two-beam and laser-plasmon interference

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Femtosecond fiber laser-induced surface structuring of metals at cryogenic temperatures

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