[發(fā)明專利]一種飛秒等離子體光柵直寫制造大面積體光柵的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011283167.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN112327397B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾和平;南君義;胡夢(mèng)云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)重慶研究院;上海朗研光電科技有限公司;華東師范大學(xué);重慶華譜科學(xué)儀器有限公司;重慶華譜智能裝備有限公司;云南華譜量子材料有限公司;廣東朗研科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18
• 代理公司: 重慶啟恒騰元專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50232
• 代理人: 江濤

本發(fā)明公開了一種飛秒等離子體光柵直寫制造大面積體光柵的方法，其特點(diǎn)在于該方法利用超快激光脈沖先在玻璃內(nèi)形成等離子體光柵，然后再移動(dòng)玻璃樣品直接刻蝕出局域的預(yù)制體光柵，接著改變等離子體光柵刻蝕的位置，并且等離子體光柵中的部分光絲與預(yù)制體光柵重合，利用局域體光柵的波導(dǎo)耦合特性，可以無縫、整齊地隨著等離子體光柵的刻蝕而直寫出大面積體光柵。此方法不僅簡(jiǎn)化了體光柵制造流程，降低體光柵制備成本，還可以設(shè)計(jì)不同面積、不同光柵常數(shù)的加工方案，制備出光學(xué)質(zhì)量高、米級(jí)別的光柵。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)光學(xué)衍射元件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種飛秒等離子體光柵直寫大面積體光柵的制備方法。

背景技術(shù)

光柵器件被廣泛應(yīng)用于光譜儀、光通信、激光放大系統(tǒng)等領(lǐng)域中，其中大面積的光柵更是天文光譜分析、激光慣性約束核聚變等前端領(lǐng)域的重要光學(xué)器件之一。然而大面積光柵制作難度非常高，技術(shù)需求遠(yuǎn)高于小口徑光柵的制造。目前制造大口徑光柵的方式有兩種：一是將多個(gè)小口徑光柵拼接而成；二是直接制造更大尺寸的單塊大光柵。減小光柵拼接過程中的誤差需要控制和考量的因素較多，算法的優(yōu)化還在試驗(yàn)驗(yàn)證階段。直接制造大面積光柵的方式有單次全息曝光和機(jī)械刻劃的方式，長(zhǎng)春光機(jī)所就曾研發(fā)出大面積的中階梯光柵刻劃?rùn)C(jī)，但是機(jī)器設(shè)備造價(jià)和精度都要求極高，對(duì)米以上的光柵制造已經(jīng)難以完成。

超快激光誘導(dǎo)直寫光柵技術(shù)在設(shè)計(jì)制造不同光柵規(guī)格方面有很好的優(yōu)勢(shì)，而且儀器成本低，目前已經(jīng)應(yīng)用在制造小尺寸平面光柵、體光柵以及光纖光柵等元件，也有大面積光柵制造技術(shù)在研究中。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 104237989A描述了一種超短脈沖激光誘導(dǎo)材料表面光柵自發(fā)生長(zhǎng)，然而該技術(shù)所涉及的膜層工藝復(fù)雜，而且對(duì)光源的線偏振性、激光能量的穩(wěn)定性和刻劃的平行度要求很高，生長(zhǎng)的周期光柵凹槽的深度非常淺，難以起到光柵衍射的效果。相比于表面光柵而言，體光柵具有抗腐蝕、耐磨損等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣泛，然而目前關(guān)于大面積體光柵的制造技術(shù)還尚未成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有大面積體光柵制備技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種飛秒等離子體光柵直寫大面積體光柵的制備方法。該方法利用超快激光脈沖先在玻璃內(nèi)形成等離子體光柵，然后再移動(dòng)玻璃樣品直接刻蝕出局域的預(yù)制體光柵，接著改變等離子體光柵刻蝕的位置，并且等離子體光柵中的部分光絲與預(yù)制體光柵重合，利用局域體光柵的波導(dǎo)耦合特性，可以無縫、整齊地隨著等離子體光柵的刻蝕而直寫出大面積體光柵。此方法不僅簡(jiǎn)化了體光柵制造流程，降低體光柵制備成本，還可以設(shè)計(jì)不同面積、不同光柵常數(shù)的加工方案，制備出光學(xué)質(zhì)量高、米級(jí)別的光柵。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種飛秒等離子體光柵直寫大面積體光柵的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將飛秒脈沖激光器的輸出光束利用分束模塊分成兩束或者多束，然后再通過時(shí)域同步模塊以及匯聚模塊后以一定的夾角匯聚在玻璃內(nèi)，形成等離子體光柵；

(2)玻璃樣品固定在三維電控位移平臺(tái)上，激光脈沖在玻璃內(nèi)形成等離子體光柵后，在等離子體光柵的垂直平面內(nèi)線性移動(dòng)玻璃，刻蝕出截面積與等離子體光柵相當(dāng)?shù)念A(yù)制體光柵,接著橫向移動(dòng)玻璃的位置，在玻璃樣品內(nèi)的其他位置形成新的等離子體光柵，并且使預(yù)制體光柵的有效光柵截面與新的等離子體光柵截面部分重疊，然后在等離子體光柵的垂直平面內(nèi)線性移動(dòng)玻璃，刻蝕出新的預(yù)制體光柵,依此方法，利用等離子體光柵在玻璃內(nèi)重復(fù)刻蝕，最終可以制備出任意面積的體光柵。

優(yōu)選的，所述的脈沖激光器輸出的激光束為飛秒脈沖激光或皮秒脈沖激光或飛秒/皮秒脈沖簇。

優(yōu)選的，所述的分束模塊為分束片或微反射鏡陣列或衍射分束器件，作用是將一束激光脈沖等功率比例分離成多束。

優(yōu)選的，所述的同步模塊由多塊平面反射鏡和電控線性平臺(tái)組成，用于調(diào)整分離激光脈沖之間的時(shí)域間隔。