周期性表面结构是一种在材料表面形成有规律的微观或纳米级结构的现象。这种结构通常是通过激光辐照在固体表面上产生的，特别是在使用短脉冲激光（如飞秒激光）时。
周期性表面结构的形成基于激光与材料相互作用的复杂物理过程，包括光学干涉、局部场增强、热效应和非线性光学效应等。飞秒激光在材料表面产生的高强度光场会与材料表面相互作用，形成一种光学干涉模式。这种干涉模式促使材料在光场作用下进行局部结构重排，形成周期性的表面结构。飞秒激光的超短脉冲和高峰值功率使得在材料表面产生强烈的非线性光学效应，如多光子吸收和等离子体生成，这些效应有助于精确地修改材料表面结构。
加工过程首先需要选择适合的材料，如金属、半导体或聚合物。这些材料的表面需清洁，以确保激光加工的精准度。这些结构的周期性通常与入射激光的波长相关，但也可以通过调整飞秒激光的参数，如脉冲持续时间、能量密度、重复频率和扫描速度。这些参数会影响加工的精度和周期性结构的特性。使用飞秒激光扫描材料表面。激光与材料的相互作用会在表面产生微小的结构变化，形成周期性模式。加工完成后，使用显微镜或其他成像技术检测表面结构，确保形成了所需的周期性模式。
PSS不仅能够改变材料的表面形貌，还能改善其光学、电学和机械性能，因此在许多领域具有潜在的应用价值，它被广泛应用于各类材料的表面功能化。在光电子学领域，PSS可用于增强光吸收或降低反射，从而提高太阳能电池和光电探测器的效率。在生物医学领域，通过形成特定的纳米级PSS，可以改善生物材料的细胞相容性和生物活性。
激光影响下，50次160 fs激光脉冲产生的钨表面周期性结构的SEM图像445mJ/cm2和傅里叶变换谱。[1]
此外，PSS还被应用于传感器的开发、催化剂的表面设计、以及改善材料的润湿性和摩擦特性。例如，通过在金属表面形成PSS，可以制造具有超疏水或超亲水性质的表面，这在材料科学和表面工程领域具有重要意义。
用飞秒激光辐照铌酸锂晶体制备周期性表面结构,为在宽带隙上产生纳米光栅或纳米结构提供了可能。
样品温度分别为(a)28°C、(b)100°C、(C)200°C、(d)300°C、(e)400°C、(f)500°C、(g)600°C、(h)800°C时，氮气环境下激光处理LN表面的SEM图像。Fluence,7.0kJ/m2;N2压力，500 Torr;扫描速度，2毫米/秒。红色双箭头表示入射激光的偏振方向。[3]
飞秒激光在制造周期性表面结构方面发挥着关键作用。由于其超短的脉冲持续时间，飞秒激光能够在不产生过度热损伤的情况下对材料进行高精度加工。这种精细的控制使得可以在各种材料表面上形成高度规整和均匀的周期性结构。
飞秒激光还允许通过调整脉冲参数来精确控制周期性结构的特征，如周期、深度和形状。这种灵活性使得飞秒激光成为制造定制化PSS的理想工具，为材料设计和表面工程提供了广泛的可能性。
参考文献：
[1]K. Okamuro et al. "Laser fluence dependence of periodic grating structures formed on metal surfaces under femtosecond laser pulse irradiation." Physical Review B, 82 (2010): 165417. https://doi.org/10.1103/PHYSREVB.82.165417.
[2]A. Y. Vorobyev, Chunlei Guo; Femtosecond laser-induced periodic surface structure formation on tungsten. J. Appl. Phys. 15 September 2008; 104 (6): 063523. https://doi.org/10.1063/1.2981072
[3]Qiang Li et al. "Femtosecond laser-induced periodic surface structures on lithium niobate crystal benefiting from sample heating." Photonics Research (2018). https://doi.org/10.1364/PRJ.6.000789.
