[發明專利]一種加工具有多個數值孔徑的微透鏡陣列的方法

有效

• 申請號: 202110582346.7
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113296175B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 姜瀾;劉洋;李曉煒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B27/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種加工具有多個數值孔徑的微透鏡陣列的方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一：以石英玻璃作為基底材料，根據不同貝塞爾光束之間的貝塞爾區域長度差，設計貝塞爾相位圖，計算公式如下：

β＝arcsin(nsinα)-α (1)

其中β為出射角,α為相位圖中的錐底角,n為相位圖中錐透鏡相位的折射率,這里取1.45進行計算，Z_max為進入縮束系統之前貝塞爾區域的長度,w₀為入射高斯型激光的束腰半徑；

步驟二：為了濾除0級光對加工光束的干擾，在貝塞爾光束相位圖的基礎上疊加棱鏡相位，使從SLM出射的加工光束與干擾光分離；

步驟三：搭建由飛秒激光系統、衰減片、機械開關、空間光調制器(SLM)、縮束系統和六自由度平移臺組成的加工光路；

步驟四：將步驟二中得到的疊加后的相位圖加載到SLM中，高斯型激光入射到SLM的液晶面板生成貝塞爾光束，并經過縮束系統生成微貝塞爾光束，其長度按照下式進行計算：

其中，Γ為縮束系統的縮放倍數，f₁和f₂分別為平凸透鏡和聚焦物鏡的焦距，Z'_max為縮束后的微貝塞爾光束的長度；

步驟五：利用機械開關控制脈沖個數，利用衰減片調節入射激光能量，微調六自由度精密位移平臺使樣品的上表面與激光傳播方向垂直，并使微貝塞爾光束末端接觸樣品的上表面對加工區域改性；

步驟六：將改性后的樣品在室溫條件下放入氫氟酸溶液中進行刻蝕，并加入超聲振蕩輔助使溶液與樣品充分反應，通過控制刻蝕時間來控制微透鏡的通光孔徑大小。

2.一種加工具有多個數值孔徑的微透鏡陣列的裝置，其特征在于：包括飛秒激光系統、衰減片、機械開關、空間光調制器(SLM)、平凸透鏡、分束鏡、白光源、電荷耦合器件(CCD)、二向色鏡、顯微物鏡、六自由度精密位移平臺、計算機控制系統；

連接關系：飛秒激光系統、衰減片、機械開關、平凸透鏡、分束鏡、白光源、電荷耦合器件、二向色鏡、顯微物鏡同軸放置，空間光調制器的液晶面板與光束成45°夾角，加工樣品被放置在六自由度精密位移平臺中心；

光路：飛秒激光系統產生高斯型飛秒激光后，經衰減片調整激光能量，利用計算機控制系統控制機械開關來調節輻照到樣品表面的脈沖個數；調節后的激光光束經SLM調制生成貝塞爾光束，再通過縮束系統(平凸透鏡+顯微物鏡)對光束縮束聚焦在位于六自由度精密位移平臺中心的樣品表面，其中二向色鏡改變光束方向使其垂直入射到顯微物鏡中；在此過程中白光源產生的白光經過分束鏡、二向色鏡、顯微物鏡后照射在樣品的加工區域，之后原路返回至分束鏡，分束鏡改變反射光傳播方向入射到電荷耦合器件中，以此實現對加工過程的實時監控。