基于空間光調(diào)制技術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，它被廣泛應用于加工光學器件、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逐點掃描加工，這種加工方法效率很低，難以廣泛應用與實際生產(chǎn)中。為了提高加工效率，并行掃描加工方法被應用于加工陣列結構中，但這種多焦點并行掃描加工的方法只能加工陣列結構，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，為了實現(xiàn)無掩膜圖形化加工，對光場的圖形化是至關重要的步驟，本文基于空間光調(diào)制器對焦平面光場進行調(diào)制，實現(xiàn)無掩膜圖形化加工。
　　本文首先研究了空間光調(diào)制技術，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行分析，然后介紹了多種計算全息算法，并基于實驗的實際要求對算法做出了改進，為進一步實現(xiàn)圖形化光場打下了基礎。
　　本文基于對結構光場的研究，提出一種快速

3、加工管道結構的方法，該方法的核心是一種全新設計的環(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，實現(xiàn)100％填充率細胞支架的快速加工。
　　為了實現(xiàn)任意結構的快速加工，對計算全息算法進行了改進。當采用傳統(tǒng)計算全息算法生成圖形化光場時，光場中存在大量斑點噪聲，這些噪聲會導致加工結構質量下降。我們提出一種多次曝光的方

4、法，利用斑點噪聲隨機分布的特點，通過疊加多張全息圖將斑點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量微納米結構。采用這種方法加工出的達曼光柵具有良好的光學性能，并且相對于傳統(tǒng)逐點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，優(yōu)化了一種新型計算全息算法，實