基于空間光調(diào)制技術(shù)的高速高分辨飛秒激光加工.pdf

1、飛秒激光誘發(fā)雙光子聚合是一種重要的微納米加工手段，它被廣泛應(yīng)用于加工光學(xué)器件、生物傳感器件和微流體器件等微納米功能器件中。但是傳統(tǒng)飛秒激光加工是基于單點(diǎn)逐點(diǎn)掃描加工，這種加工方法效率很低，難以廣泛應(yīng)用與實(shí)際生產(chǎn)中。為了提高加工效率，并行掃描加工方法被應(yīng)用于加工陣列結(jié)構(gòu)中，但這種多焦點(diǎn)并行掃描加工的方法只能加工陣列結(jié)構(gòu)，并且對效率提升有限，尤其是在加工大尺度微納米器件時，加工所消耗的時間依然過長。
　　無掩膜圖形化加工是一種可以有效

2、提高飛秒激光雙光子聚合效率的方法，為了實(shí)現(xiàn)無掩膜圖形化加工，對光場的圖形化是至關(guān)重要的步驟，本文基于空間光調(diào)制器對焦平面光場進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)無掩膜圖形化加工。
　　本文首先研究了空間光調(diào)制技術(shù)，介紹了相位型和振幅型空間光調(diào)制器，并針對相位型空間光調(diào)制器的調(diào)制原理采用瓊斯矩陣法進(jìn)行分析，然后介紹了多種計(jì)算全息算法，并基于實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求對算法做出了改進(jìn)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)圖形化光場打下了基礎(chǔ)。
　　本文基于對結(jié)構(gòu)光場的研究，提出一種快速

3、加工管道結(jié)構(gòu)的方法，該方法的核心是一種全新設(shè)計(jì)的環(huán)形菲涅爾透鏡，這種透鏡可以將平行入射光聚焦為均一的環(huán)形焦斑，并且焦斑的半徑可以靈活變化，通過改變環(huán)形菲涅爾波帶片的參數(shù)，甚至可以得到四邊形、六邊形和八邊形的空心焦斑，實(shí)現(xiàn)100％填充率細(xì)胞支架的快速加工。
　　為了實(shí)現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)的快速加工，對計(jì)算全息算法進(jìn)行了改進(jìn)。當(dāng)采用傳統(tǒng)計(jì)算全息算法生成圖形化光場時，光場中存在大量斑點(diǎn)噪聲，這些噪聲會導(dǎo)致加工結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降。我們提出一種多次曝光的方

4、法，利用斑點(diǎn)噪聲隨機(jī)分布的特點(diǎn)，通過疊加多張全息圖將斑點(diǎn)噪聲平均化低于雙光子加工的曝光閾值。通過這種多次曝光法，我們可以在數(shù)百毫秒內(nèi)得到一個微米尺度的高質(zhì)量微納米結(jié)構(gòu)。采用這種方法加工出的達(dá)曼光柵具有良好的光學(xué)性能，并且相對于傳統(tǒng)逐點(diǎn)掃描加工方法可以節(jié)約95％的加工時間。
　　但是，對于這個加工效率依然不滿足，為了實(shí)現(xiàn)更高效率的加工，采用能量密度更高的放大級激光器作為光源，并且針對放大級激光器的性質(zhì)，優(yōu)化了一種新型計(jì)算全息算法，實(shí)