表面微/纳结构对材料本身性能具有很大影响。在材料表面加工不同的微/纳结构可在对原始材料性能影响极小甚至无影响的条件下使材料本身具备超疏水、自清洁、低粘附、高光学吸收、光学结构色、减阻等性能,这些性能在航空航天、管道运输、太阳能高效利用、光学标识等诸多领域有广泛的应用前景。飞秒激光微纳制造具有高精度、高效率、非接触、灵活环保等特点,是一种重要的表面微/纳结构加工方法。而基于时域整形的飞秒激光脉冲序列在一定程度上可以提高加工效率和加工质量。同时,因为单个脉冲被劈成两个或多个子脉冲,加工过程中激光与物质相互作用过程发生了改变,从而使得整形的脉冲序列加工出的表面形貌与传统单脉冲加工出的表面形貌具有显著的区别,这对表面微/纳结构的制备具有重要的研究意义。本课题基于时域整形飞秒激光脉冲序列,研究飞秒激光与固体表面相互作用机理,探究时域整形飞秒激光脉冲序列对半导体和金属表面微/纳结构的调控能力。主要研究内容和创新点如下:1、对比线偏振激光,研究了圆偏振激光加工半导体硅表面微/纳结构:在水辅助的条件下,利用圆偏振飞秒激光加工得到了大面积均匀纳米点结构,纳米点平均直径为66 nm,粒子间距小于100 nm。之后,在硝酸银水溶液中,利用圆偏振飞秒激光一步法制备了基于均匀纳米点结构的拉曼活性基底,由于该结构具有较小的粒径和和粒子间距,在银的附着下,形成了较强的局部电磁场增强,其拉曼增强因子达到了10~7。2、提出了一种水辅助条件下,利用飞秒激光双脉冲序列一步法加工硅表面微纳复合结构的新方法:在线偏振激光辐照下,得到微米锥-纳米光栅结构,微米锥底部直径约2μm,高度约0.5μm,纳米光栅周期约150 nm;在圆偏振激光辐照下,得到微米锥-纳米点结构,微米结构尺寸与线偏振下加工结果类似,纳米点直径约90 nm。并探究了该微纳复合结构形成机理,认为双脉冲增强了电子激发提高了材料表面温度,并改变了热传输方式,激光能量更多地沉积在材料表层,使得熔融硅层具有更大的温度梯度,诱导热毛细波产生,从而形成微米结构;纳米结构则是由于悬浮在加工区域上面的碎屑和气泡造成激光散射增强,后续脉冲中能够到达样品表面的激光能量逐渐减小,相当于加工所用的激光能量减小,造成纳米结构的产生。此外,我们还验证了该新型微纳复合结构的分子检测能力,其拉曼增强因子达到10~8。3、探究了飞秒激光双脉冲序列加工金属镍表面微纳复合结构能力:在乙酸辅助下,得到了微米锥-竖直条纹结构和多孔笼状结构;在空气环境下,得到了纳米光栅-纳米丝结构。