[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

本發明公開了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，屬于激光加工技術領域，本發明采用雙光子激發解決利用飛秒激光進行直寫波導時的散焦問題，同時引入四棱柱，以實現在樣品內部加工深度的連續可調；將飛秒激光分束后分別聚焦并垂直入射樣品表面一個由壓電平臺控制高度變化的四棱柱中對應的矩面，到達待加工材料內部，在材料內部將兩個光子的能量“湊足”原單光子激發的對應的能量閾值，再通過控制壓電平臺和樣品運動平臺使四棱柱和樣品在Z軸方向同步運動，同時解決了飛秒激光大埋入深度直寫時的散焦問題和加工深度連續調節的問題，可在待加工材料中制備不同加工深度、性質均一的三維埋入式波導。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，具體涉及利用雙光子激發進行加工深度連續 可變的玻璃波導的飛秒激光直寫加工，通過將飛秒激光分束并調節各束脈沖在時 間和空間上同步，調節分束激光垂直入射玻璃三棱柱的兩個表面，以實現基于多 光子激發的埋入深度連續可變的玻璃波導的直寫加工。

技術背景

光波導是集成光學器件的基礎。相對于紫外曝光、離子擴散、離子/中子注 入等制作光波導的方法，飛秒激光直寫加工技術具有高精度、可進行三維加工的 特點，且幾乎可以在任何透明介質中實現波導直寫。截面對稱是飛秒激光直寫波 導實用化的必要條件之一，但由于樣品與空氣存在折射率差，現有的飛秒激光直 寫技術在工作距離超過200μm時(以NA＝1.45的油浸物鏡為例)，存在嚴重的散 焦問題，即焦斑沿縱向拉伸為橢球型。以目前常用的橫向寫入波導為例，散焦將 使加工波導橫截面呈狹長橢圓，導致波導中心對稱性差，增大傳輸損耗。目前， 各國課題組主要采用縱向直寫、增大物鏡NA、加入透鏡組、狹縫光束整形、多 次掃描、應力場方法、空間光束調制等方法來改善波導橫截面的對稱性，但上述方法存在制備波導長度較短、物鏡工作距離短、制作非直波導困難、需尋找最佳 狹縫寬度、激光作用區域發生非線性和電光效應退化現象、限制波導間倏逝波耦 合、需利用計算機編程等問題，并使得波導加工變得更加復雜。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是：提供一種深度連續可調 的近4π立體角飛秒激光直寫加工的方法。采用雙光子激發替代傳統的單光子激 發來解決利用飛秒激光進行直寫波導時的散焦問題，同時引入玻璃四棱鏡，控制 分束激光分別入射玻璃四棱鏡后正交會聚，形成近球型焦斑，以實現在樣品內部 加工深度的連續可調。其主要原理是，將飛秒激光分束后分別聚焦并垂直入射樣 品表面一個由壓電平臺控制高度變化的玻璃四棱鏡的兩個互相垂直的棱面，到達 待加工材料內部，在材料內部將兩個光子的能量“湊足”原單光子激發的對應的 能量閾值，再通過控制壓電平臺和樣品運動平臺使三棱柱和樣品在Z軸方向同步 運動，從而達到對材料改性且加工深度連續可調的目的。同時，調節分束后的子 束激光時域同步，并使其最終近正交會聚于待加工位置，從而獲得具有近4π立體角的近球型雙光子激發焦斑。如此，利用雙光子激發和玻璃四棱鏡，同時解決 了飛秒激光大埋入深度直寫時的散焦問題和加工深度連續調節的問題，可在待加 工材料中制備不同加工深度、性質均一的三維埋入式波導。

本發明通過如下技術方案實現：

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，具體步驟如 下：

(1)、樣品臺和玻璃四棱鏡的調平；