[發明專利]一種深度連續可調的近4π立體角飛秒激光直寫加工的方法及應用

有效

• 申請號: 201811587305.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109702323B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 孫洪波;田振男;李澤政;陳岐岱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/064
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種深度連續可調的近4π立體角飛秒激光直寫加工的方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)、樣品臺和玻璃四棱鏡的調平；

具體步驟為：首先，使激光器出射的飛秒激光經由第一凹透鏡L₁和第一凸透鏡L₂進行擴束，將光斑擴大4倍，并依次經由調平反射鏡M反射和調平物鏡OL聚焦后入射至樣品臺；然后，在樣品臺上接上載玻片，將玻璃四棱鏡QL固定于壓電平臺PI上并移動至載玻片上方，以載玻片的互相垂直的兩條邊為X軸與Y軸，利用激光在坐標為(0，0)，(0，5cm)，(5cm，0)三點處對樣品表面進行燒蝕，燒蝕點尺寸直徑為5μm，曝光時間10s；在(0，0)和(5cm，0)兩點間移動樣品臺，同時調整X方向調平旋鈕T₁，直至(0，0)和(5cm，0)兩點處的損傷點同時清晰可見，測試X方向調平完畢；同理，利用(0，0)和(0，5cm)兩點及Y方向調平旋鈕T₂對Y方向進行調平，并固定此時樣品臺的位置；隨后，利用照相機CCD觀察玻璃四棱鏡QL和載玻片界面的等厚干涉現象來調平QL，調節壓電平臺高度和水平位置直至CCD中無法觀察到等厚條紋時，代表QL已調平，并固定壓電平臺此時的位置；

(2)、飛秒激光分束和等光程調節；

具體步驟為：首先，使激光器出射的飛秒激光經由第一凹透鏡L₁和第一凸透鏡L₂進行擴束，將光斑擴大4倍；然后，經由第一半反半透鏡BS₁進行均勻分束，得到第一子束飛秒激光FL₁和第二子束飛秒激光FL₂；隨后，FL₁依次經由第一反射鏡M₁、第二反射鏡M₂、第三反射鏡M₃、第四反射鏡M₄反射至第五反射鏡M₅，FL₂經由第六反射鏡M₆反射至M₇；最后，通過測量FL₁、FL₂各自的傳播路徑長度即光程，調節上述各反射鏡的位置使兩束子束飛秒激光的光程相等，即FL₁、FL₂同時到達各自的空間調節反射鏡；

(3)、脈沖空間同步和等功率調節；

具體步驟為：首先，在QL底部粘上熒光紙，通過電腦端及監控裝置實時監測熒光紙，調節第五反射鏡M₅與豎直方向的夾角，使FL₁垂直入射至QL一側的棱面，同時調節樣品臺的高度，使FL₁經由第二凸透鏡L₃聚焦并入射至熒光紙上的位置P，并在電腦端監測屏幕標記該位置；然后，調節第七反射鏡M₇與豎直方向的夾角，使FL₂經由第三凸透鏡L₄聚焦并垂直入射至QL另一側的棱面，經由QL折射后同樣入射至熒光紙上的位置P，即兩束子束飛秒激光聚焦于熒光紙上同一點，達到空間同步；最后，用兩個功率計分別監測FL₁被M₃反射后的功率和FL₂被M₆反射后的功率，同時在M₆和M₇之間加裝二分之一波片P和偏振分束器PBS，轉動二分之一波片調節FL₂的功率，直至FL₁、FL₂的功率相等；

(4)、脈沖時間同步調節；

具體步驟為：所用脈沖時間同步調節的輔助設備為步進電機H，并預先將時間同步反射鏡組S，固定于步進電機上，所述時間同步反射鏡組S由M₂和M₃組成；首先，取下熒光紙，將載玻片置于樣品臺上，同時在玻璃四棱鏡QL與載玻片的界面注射折射率匹配液，調節樣品臺高度使會聚的兩子束飛秒激光焦點落在載玻片表面；接著，設置激光器總功率為1nJ，利用步進電機H控制時間同步反射鏡組S左右移動，同時控制樣品臺在水平面內做圓周平動，查看在時間同步反射鏡組S左右移動過程中激光焦點是否能在載玻片表面掃出圓形掃線；如果不能，說明脈沖并未同步，繼續增加激光器總功率，每次增加50nJ，重復上述“左右移動S-查看圓形掃線”的過程，直至載玻片表面出現圓形掃線，并固定此時S的位置；出現圓形掃線說明此時兩束飛秒激光FL₁和FL₂的脈沖疊加能量達到激光加工閾值，實現脈沖同步，即形成所需的雙光子激發焦斑；

(5)、三維埋入式結構直寫；

具體步驟為：將載玻片從樣品臺取下，換上待加工的材料，調節樣品臺和壓電平臺PI的高度，使得雙光子激發焦斑移動至材料內部的所需加工位置；然后，控制樣品臺和壓電平臺同步移動，可實現雙光子激發焦斑在材料內部進行深度連續可調的直寫加工，最終獲得所需三維埋入式結構。