飛秒激光加工微光學器件若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、飛秒激光加工技術(shù)作為一種高精度的無掩模加工技術(shù)，在微光學器件的加工領(lǐng)域具有一些明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：飛秒激光脈沖持續(xù)時間超短，存加上時熱影響極小，提高了加工質(zhì)量；超強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)用到微光學器件加工領(lǐng)域的過程中，還存存一些問題尚未得到很好地解決。其

2、中較為常見的足加工區(qū)域不對稱以及如何通過并行加工提高加工效率兩方而問題。本論文針對這兩類問題，在前人的工作基礎(chǔ)之上，提出新的解決思路，進行了進一步的研究。 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方向的光束通過，以此來改變焦點處光強的分布對稱性。該類方法簡單易行，但是會損耗大量的能量，在實際應(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、成的透鏡組對光束整形，使焦點處光強分布趨于對稱。該類方法對光強對稱性有較高精度的挎制，但是光路復(fù)雜，調(diào)試困難，并可能由于使用了較多的元件而帶來其他影響加工的因素，這對實際應(yīng)用也是不利的。 針對這些問題，本論文提出在加工光路中僅插入一個透鏡對光束整形，達到改善加工區(qū)域中心對稱性的目的。該方法利用了透鏡對高斯光束的變換作用，操作簡單，而且無額外的光能損失。文中對該方法進行了理論分析，模擬了其對改善光強分布的作用。隨后在實驗中對這種方

4、法進行了驗證，實驗結(jié)果顯示該方法對改善加工區(qū)域中心對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，多是通過分光元件對激光分束，聚焦分光后的多個光束產(chǎn)生多個焦點，利用這些焦點實現(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焦點是通過分光元什產(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)整加工出的多個微光學器件的分布時，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

5、，會因為其極高的功率密度產(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)多次聚焦進行微光學器件的并行加工。該方法中的多個焦點足由光束與物質(zhì)作用時自發(fā)產(chǎn)生，其分布僅依賴于光強等參數(shù)，所以可以通過對光強等參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)對并行加工的控制，相對簡單易行。文中對自發(fā)多次聚焦進行了數(shù)值模擬，總結(jié)出影響多個焦點分布的因素。在實驗中，利用這種多次聚焦產(chǎn)牛的多個焦點并行加工出多個光