飛秒激光加工微光學(xué)器件若干關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、飛秒激光加工技術(shù)作為一種高精度的無(wú)掩模加工技術(shù)，在微光學(xué)器件的加工領(lǐng)域具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為：飛秒激光脈沖持續(xù)時(shí)間超短，存加上時(shí)熱影響極小，提高了加工質(zhì)量；超強(qiáng)的峰值功率可以激發(fā)材料的雙光子/多光子吸收效應(yīng)，使其加工分辨率可以突破衍射極限，提高了加工精度；而且飛秒激光可以深入透明材料內(nèi)部進(jìn)行加工，具備加工復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的能力。 但是，在將飛秒激光加上技術(shù)應(yīng)用到微光學(xué)器件加工領(lǐng)域的過(guò)程中，還存存一些問(wèn)題尚未得到很好地解決。其

2、中較為常見(jiàn)的足加工區(qū)域不對(duì)稱以及如何通過(guò)并行加工提高加工效率兩方而問(wèn)題。本論文針對(duì)這兩類問(wèn)題，在前人的工作基礎(chǔ)之上，提出新的解決思路，進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。 1、使用光束整形方法可以較好地改善加工區(qū)域中心對(duì)稱性，目前的兩大類整形方法均可獲得較好的加上結(jié)果。一類整形方法使用狄縫類元什阻擋某個(gè)方向的光束通過(guò)，以此來(lái)改變焦點(diǎn)處光強(qiáng)的分布對(duì)稱性。該類方法簡(jiǎn)單易行，但是會(huì)損耗大量的能量，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡量避免；另一類整形方法使用多種透鏡組

3、成的透鏡組對(duì)光束整形，使焦點(diǎn)處光強(qiáng)分布趨于對(duì)稱。該類方法對(duì)光強(qiáng)對(duì)稱性有較高精度的挎制，但是光路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，并可能由于使用了較多的元件而帶來(lái)其他影響加工的因素，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用也是不利的。 針對(duì)這些問(wèn)題，本論文提出在加工光路中僅插入一個(gè)透鏡對(duì)光束整形，達(dá)到改善加工區(qū)域中心對(duì)稱性的目的。該方法利用了透鏡對(duì)高斯光束的變換作用，操作簡(jiǎn)單，而且無(wú)額外的光能損失。文中對(duì)該方法進(jìn)行了理論分析，模擬了其對(duì)改善光強(qiáng)分布的作用。隨后在實(shí)驗(yàn)中對(duì)這種方

4、法進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該方法對(duì)改善加工區(qū)域中心對(duì)稱性具有良好的效果。 2、目前提高飛秒激光加工效率的并行加工方法，多是通過(guò)分光元件對(duì)激光分束，聚焦分光后的多個(gè)光束產(chǎn)生多個(gè)焦點(diǎn)，利用這些焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)并行加工，大大提高了掃描式加上的效率。但是此類方法的多個(gè)焦點(diǎn)是通過(guò)分光元什產(chǎn)生，因此它們的分布完全依賴于分光元仆的特性。需要調(diào)整加工出的多個(gè)微光學(xué)器件的分布時(shí)，往往需要更換分光元件，這給加工造成了極大不便。 飛秒激光與物質(zhì)作用時(shí)

5、，會(huì)因?yàn)槠錁O高的功率密度產(chǎn)生自聚焦及其它多種非線性現(xiàn)象。在一定條件下，這些非線性效應(yīng)的共同作用會(huì)使光束自發(fā)產(chǎn)生多次聚焦。本文研究了如何利用這利咱發(fā)多次聚焦進(jìn)行微光學(xué)器件的并行加工。該方法中的多個(gè)焦點(diǎn)足由光束與物質(zhì)作用時(shí)自發(fā)產(chǎn)生，其分布僅依賴于光強(qiáng)等參數(shù)，所以可以通過(guò)對(duì)光強(qiáng)等參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)并行加工的控制，相對(duì)簡(jiǎn)單易行。文中對(duì)自發(fā)多次聚焦進(jìn)行了數(shù)值模擬，總結(jié)出影響多個(gè)焦點(diǎn)分布的因素。在實(shí)驗(yàn)中，利用這種多次聚焦產(chǎn)牛的多個(gè)焦點(diǎn)并行加工出多個(gè)光