[發(fā)明專利]Y型波導激光直寫裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210485868.6
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102981373A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 張海波;袁志軍;周軍;樓祺洪;魏運榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發(fā)明屬于光學加工領域，特別是一種Y型波導激光直寫裝置。

背景技術

激光直寫技術是將光束整形后作用于光學介質直接生成微納器件的精密加工技術。該技術具有加工精度高、速度快和成本低等諸多優(yōu)點。激光直寫技術在集成光學、集成電路和微機械系統(tǒng)等領域具有廣泛的應用。波導中的光波能夠無衍射地傳輸相當長的距離，小型、緊湊的光波導結構的加工是光路集成化的基礎。

在先技術中采用顯微物鏡將激光聚焦到熱敏或光敏薄膜材料，通過精密調諧載物臺材料表面來獲得精細的目標結構（參見發(fā)明專利‘激光直寫裝置，申請?zhí)?01110042855.7’）。該裝置需要復雜的顯微物鏡對光束進行聚焦，為了保證對準精度，需要用調焦PZT來驅動顯微物鏡微動調焦，以保障激光聚焦到待刻樣品的表面。其次，載物臺上要配備高位移精度的電機平臺來保證刻寫器件的結構和精度。最后，該裝置主要是針對光敏和熱敏薄膜材料的表面刻寫裝置，無法實現在材料內部的刻寫。

強激光作用介質可在其內部產生光學成絲這種非線性光學效應。成絲效應是激光在介質內部傳輸過程中的自聚焦效應和激光等離子體激發(fā)的散焦效應平衡的結果。由于材料內部的光學缺陷，在強激光的作用下介質內部會產生永久的折射率改變（參見文獻193-nm?excimer-laser-induced?densification?of?fused?silica，Optics?Letter.?21,?1960?(1996)），從而在成絲通道中形成光波導。

當采用雙柱透鏡時，由于成絲之間的干涉作用，強激光作用可在介質內形成成絲分叉現象，參見文獻Y.?Fu,?H.?Gao,?W.?Chu,?J.?Ni,?H.?Xiong,?H.?Xu,?J.?Yao,?B.?Zeng,?W.?Liu,?Y.?Cheng,?Z.?Xu,?and?S.?Chin,?Control?of?filament?branching?in?air?by?astigmatically?focused?femtosecond?laser?pulses,?Applied?Physics?B:?Lasers?and?Optics?103,?435?(2011)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種Y型波導直寫裝置，該裝置無需采用需要精密調焦的顯微物鏡和高位移精度的電機平臺。基于成絲效應，利用刻寫光源和兩個柱透鏡即可實現在光學玻璃內部刻寫Y型光波導，具有較高實用價值。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種Y型波導激光直寫裝置，其特點在于該裝置由激光器、第一柱透鏡、第二柱透鏡、載物臺和光學玻璃組成，上述各部分的位置關系如下：

所述的第一柱透鏡和第二柱透鏡的棱的方向相互垂直，所述的激光器輸出的激光入射到第一柱透鏡，光束傳輸到位于第一柱透鏡的一倍焦距內的第二柱透鏡，第二柱透鏡固定在導軌上并可沿著光束平行方向自由移動，聚焦光束入射到位于載物臺上的光學玻璃。

所述的激光器是具有高脈沖能量和光子能量的準分子激光器、倍頻YAG激光器或飛秒激光器。

所述的第一柱透鏡和第二柱透鏡為熔融石英或者氟化鈣晶體材料加工而成的正透鏡，并且二者棱的方向相互垂直。

所述的導軌的運動軸向與光束方向平行。

所述的載物臺為三維行程可調的平臺。

所述的光學玻璃為熔融石英或石英玻璃。

激光器發(fā)射的光束經第一柱透鏡聚焦后，入射到距離第一柱透鏡一倍焦距以內的第二柱透鏡，經兩柱透鏡聚焦后的光束入射到光學玻璃內。采用兩個柱透鏡一方面保證了激光在光學玻璃內激發(fā)非線性光學效應的激光強度，激光將在光學玻璃內成單根絲，并在成絲的位置會引起折射率增加。另一方面，第二柱透鏡在另外一個方向上聚焦光束，由于柱透鏡固有的像差，絲及其背景能量會發(fā)生干涉，導致在原來絲的基礎上分為兩個絲。這種成絲分叉現象，經過激光的持續(xù)作用，即可在光學玻璃內部產生永久的折射率的變化。因此，Y型波導直寫的物理本質是成絲引起了光學玻璃內部折射率的變化，而成絲分叉效應可自然地實現Y型結構。

通常絲的直徑都是很小的，?在百微米量級。因此波導的尺寸可以做的很小，為光路的集成提供了基礎。

本發(fā)明的技術效果：