[發(fā)明專(zhuān)利]一種飛秒激光直寫(xiě)制備微孔陣列的系統(tǒng)與方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310007951.7
• 申請(qǐng)日: 2013-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103071930A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇男;婁凱;錢(qián)升霞;涂成厚;王慧田
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南開(kāi)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/38
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/38;B23K26/04
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

1.一種飛秒激光直寫(xiě)制備微孔陣列的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括飛秒矢量光場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)、空間濾波組件、計(jì)算機(jī)和三維移動(dòng)平臺(tái)；在飛秒激光器（1）輸出直線光路上，依次設(shè)置有二分之一波片（2）、格蘭激光棱鏡（3）和第一高反鏡（4），經(jīng)第一高反鏡（4）的第一反射光路上依次設(shè)置擴(kuò)束鏡和飛秒矢量光場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)；擴(kuò)束鏡由凹透鏡（5）和第一凸透鏡（6）組成，飛秒矢量光場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)由反射式純相位空間光調(diào)制器（7）、第一4f系統(tǒng)和Rochi光柵（12）組成；經(jīng)反射式純相位空間光調(diào)制器（7）后的第二反射光路上設(shè)置第一4f系統(tǒng)、Rochi光柵（12）和第二高反鏡（13），第一4f系統(tǒng)由第二消色差凸透鏡（8）、頻譜面上的第一空間濾波器（9）、雙四分之一消色差波片（10）和第三消色差凸透鏡（11）組成，正負(fù)一級(jí)衍射光經(jīng)Rochi光柵（12）合成為一束光再依次經(jīng)過(guò)第二高反鏡（13）的第三反射光路和第三高反鏡（14）的第四反射光路，第四反射光路上設(shè)置有所述的空間濾波組件和電子光闌（18），空間濾波組件由第四消色差凸透鏡（15）、頻譜面的第二空間濾波器（16）及第五消色差凸透鏡（17）組成；第四高反鏡（19）的第五反射光路上依次設(shè)置有聚焦透鏡（20）和三維移動(dòng)平臺(tái)（21），反射光經(jīng)聚焦透鏡（20）后照射到放置在三維移動(dòng)平臺(tái)（21）上的位于聚焦透鏡（20）的焦點(diǎn)上的材料上；其中反射式純相位空間光調(diào)制器（7）、電子光閘（18）和三維移動(dòng)平臺(tái)（21）通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)（22）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒激光器（1）產(chǎn)生激光束的重復(fù)頻率為1KHZ，中心波長(zhǎng)806nm，半高寬8mm，激光束為線偏振光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述二分之一波片（2）和格蘭激光棱鏡（3）組合用于調(diào)節(jié)曝光能量，二分之一波片的工作波長(zhǎng)范圍為650～1000nm，波片表面鍍?cè)鐾改ぃ粡母裉m激光棱鏡出射激光束的偏振方向沿水平方向；所述凹透鏡（5）的焦距為f=-100mm，凸透鏡（6）的焦距為f=300mm，對(duì)激光束直徑擴(kuò)大三倍。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述反射式純相位空間光調(diào)制器（7）的空間分辨率為1920×1080，每個(gè)pixel尺寸為8μm，空間光調(diào)制器對(duì)水平偏振光束純相位調(diào)制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述飛秒激光器（1）發(fā)射的激光束以3.5°入射到第一高反鏡（4）上，經(jīng)擴(kuò)束鏡后再以3.5°入射到反射式純相位空間光調(diào)制器（7）液晶表面上；所述激光束中心區(qū)域入射至反射式純相位空間光調(diào)制器的有效工作面積上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述反射式純相位空間光調(diào)制器（7）后第一4f系統(tǒng)頻譜面上的第一空間濾波器（9）為V型狹縫光闌，狹縫寬度為0.5mm，使聚焦后的正負(fù)一級(jí)衍射光通過(guò)，濾掉其他級(jí)衍射光；所述第二空間濾波器（16）為可調(diào)光闌，可調(diào)光闌有效工作孔徑直徑0.5mm～10mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述雙四分之一消色差波片（10）工作波長(zhǎng)范圍650～1000nm，空氣隙，金屬墊圈，無(wú)托，墊圈內(nèi)外環(huán)差0.5mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述Rochi光柵周期為60μm，槽深800nm，厚度為0.5mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第二高反鏡（13）、第三高反鏡（14）和第四高反鏡（19）在45°入射角方向?qū)光和p光的反射率相同。

10.利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進(jìn)行飛秒激光直寫(xiě)制備微孔陣列的方法，其特征在于包括以下步驟：

第1、由飛秒激光器（1）輸出一束基模高斯飛秒脈沖激光束；

第2、用計(jì)算機(jī)（22）生成實(shí)驗(yàn)所需的全息相位板，利用桌面擴(kuò)展模式將全息相位板加載并全屏顯示在反射式純相位空間光調(diào)制器（7）的液晶顯示器上；并調(diào)節(jié)擴(kuò)束后的激光束以3.5°角入射到液晶顯示器的工作區(qū)域上；

第3、調(diào)節(jié)矢量光場(chǎng)生成系統(tǒng)的第一4f系統(tǒng)頻譜面上的第一空間濾波器（9）使正負(fù)一級(jí)衍射光通過(guò)；

第4、分別調(diào)節(jié)正負(fù)一級(jí)衍射光透射過(guò)雙四分之一波片（10），使正負(fù)一級(jí)衍射光由線偏振分別轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振和右旋圓偏振；

第5、調(diào)節(jié)空間濾波組件頻譜面上的第二空間濾波器（16）通光孔徑，使生成的中心級(jí)飛秒矢量光場(chǎng)通過(guò)并濾掉高頻信息干擾項(xiàng)；

第6、準(zhǔn)備待加工樣品，將待加工樣品表面進(jìn)行機(jī)械打磨和拋光后，在去離子水中超聲波清洗，風(fēng)干后并安裝到三維移動(dòng)平臺(tái)（21）上，調(diào)節(jié)樣品傾角使激光束正入射；

第7、利用計(jì)算機(jī)（22）控制三維移動(dòng)平臺(tái)（21）使樣品移動(dòng)至激光束焦點(diǎn)處；

第8、利用計(jì)算機(jī)控制電子光闌（18），從而控制在材料表面的曝光時(shí)間，加工出樣式排列的多微孔結(jié)構(gòu)；

第9、保持入射的飛秒激光束的方向不變，控制三維移動(dòng)平臺(tái)（21）使加工材料在垂直于激光束方向上的平面上移動(dòng)一定距離，并打開(kāi)電子光闌（18）再次在材料表面曝光，周而復(fù)始從而制備大面積微孔陣列。