[發明專利]一種基于飛秒激光的菲涅爾波帶片陣列制作方法及應用

有效

• 申請號: 201610720185.2
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN106271088B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 涂成厚;蔡孟強;潘岳;戴凡;李勇男;王慧田
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;B23K26/262;B81C99/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

一種基于飛秒激光的菲涅爾波帶片陣列制作方法及其在微納結構加工中的應用。包括利用飛秒激光直接加工菲涅爾波帶片陣列，以及飛秒激光經加工好的菲涅爾波帶片陣列聚焦后直接加工微結構。通過該方法我們能制作各種不同排列方式的菲涅爾波帶片陣列，并基于這些波帶片陣列加工與其排列方式相對應的微結構陣列。該方法具有加工效率高、加工方法簡單、靈活性好等特點。

技術領域

本發明屬于飛秒激光微納加工領域，涉及一種基于飛秒激光的菲涅爾波帶片陣列制作方法及其在微納加工中的應用。

背景技術

根據北京大學出版社1984年出版的《光學》上冊(作者：趙凱華、鐘錫華)一書第202-206頁介紹，菲涅爾波帶片具有與透鏡相似的聚焦特性，它可以使光聚焦起來，而與透鏡不同的是菲涅爾波帶片除主焦點外還有很多次焦點。據美國“Optical Society ofAmerica”1991年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.16,No.12,June 1991,p931-933)報道,A.Marrakchi等人在空間光調制器中加載可編程的菲涅爾波帶片陣列圖案，光經過該空間光調制器并傳播一段距離后產生了相干的點陣列。利用菲涅爾波帶片陣列把飛秒激光聚焦成點陣列這個性質，我們可以通過菲涅爾波帶片陣列并行加工微納結構，這樣使得加工效率高、操作方便以及加工結構具有非常好的靈活性。

經相關資料查詢，有幾篇文獻報道了利用飛秒激光直接燒蝕單個菲涅爾波帶片，例如，據美國“Optical Society ofAmerica”2002年出版的《OPTICS EXPRESS》(Vol.10,No.19,September 2002,p978-983)報道，WataruWatanabe等人利用飛秒激光脈沖在石英玻璃上加工了單個菲涅爾波帶片；2011年激光與光電子學國際會議(CLEO:2011-LaserScience to Photonic Applications，文章題為“Fabrication of binary Fresnellenses in PMMAby femtosecond laser micromachining”)報道，R.

Martínez Vázquez等人利用飛秒激光在PMMA材料上燒蝕單個菲涅爾波帶片。

但利用飛秒激光在透明材料表面直接燒蝕菲涅爾波帶片陣列，目前尚未發現相關報道。

對于利用菲涅爾波帶片陣列加工微納結構，有文獻報道了利用空間光調制器生成的菲涅爾波帶片陣列加工微納結構，例如，據美國“Optical Society ofAmerica”2006年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.31,No.11,June 2006,p1705-1707)報道,Satoshi Hasegawa等人在空間光調制器中加載由多個相位菲涅爾透鏡組成的圖案，而后飛秒激光經過該空間光調制器后在載玻片上燒蝕了多個孔陣列結構。但是空間光調制器不能承受很高的功率，而玻璃等透明材料介質能承受很高的功率，所以對于利用在玻璃等透明材料上燒蝕的菲涅爾波帶片并行加工微納結構，其對飛秒激光的能量利用效率更高，并且能同時加工更多的微納結構。目前尚未發現相關文獻利用飛秒激光直接燒蝕的菲涅爾波帶片陣列來并行加工微結構的報導。

發明內容

發明目的是解決微納加工的效率低下以及微納結構加工過程復雜等問題，提供一種基于飛秒激光的菲涅爾波帶片陣列制作方法及其在微納加工中的應用。

技術方案：

一種基于飛秒激光的菲涅爾波帶片陣列的制作方法，該方法的制作步驟如下：飛秒激光(1)經緊聚焦后在透明介質材料表面上直接燒蝕孔結構，同時利用三維移動平臺(4)移動透明介質材料，使得燒蝕的位置沿菲涅爾波帶片的奇數或偶數環帶結構內的同心圓軌跡移動，從而在透明介質材料表面燒蝕單個菲涅爾波帶片結構；然后通過二維電控平移臺(5)對透明介質材料進行移動，根據給定的空間排列方式加工出菲涅爾波帶片陣列。