專利名稱：一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，屬于飛秒激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光可以聚焦到透明材料的內(nèi)部，從而使得在材料內(nèi)部加工微結(jié)構(gòu)成為可能。飛秒激光直寫加工改變透明介質(zhì)材料(如玻璃、PMMA等聚合物)內(nèi)部折射率，可以廣泛用于制備光存儲、體相位光柵、光波導(dǎo)和3D光耦合器等光學(xué)元器件。在一定的能量下，隨著聚焦深度的增加，由于反射等因素，激光焦點(diǎn)的能量會逐漸減小，當(dāng)焦點(diǎn)處激光能量小于材料內(nèi)部改性或加工閾值時(shí)，就無法對材料內(nèi)部進(jìn)行加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的步驟一利用飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生飛秒脈沖激光，利用半波片和偏振片的組合調(diào)整能量，通過脈沖整形器把飛秒激光調(diào)制為飛秒間隔的脈沖序列；步驟二 把步驟一所得到的脈沖序列激光通過反射鏡反射到物鏡中聚焦，借助 CCD和照明光源成像，移動6維精密電控平臺，使激光焦點(diǎn)位于水平放置的樣品內(nèi)部；步驟三用計(jì)算機(jī)控制6維精密電控平臺運(yùn)動，即可在樣品內(nèi)部進(jìn)行加工。所述樣品為透明的介質(zhì)材料，內(nèi)部聚焦深度必須小于聚焦物鏡的焦距。所述樣品水平固定在透明的載玻片上。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置包括飛秒激光系統(tǒng)、半波片、偏振片、電控開關(guān)、脈沖整形器、反射鏡、聚焦物鏡、樣品、6維精密電控平臺。其連接關(guān)系為根據(jù)激光的走向順次連接。飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生飛秒激光，利用半波片與偏振片的組合調(diào)整能量之后通過電控開關(guān)后，進(jìn)入脈沖整形器調(diào)制為脈沖序列，然后被45°放置的反射鏡反射入聚焦物鏡中聚焦。有益效果I、本發(fā)明中通過脈沖整形器把飛秒激光調(diào)制為飛秒間隔的脈沖序列，在相同的激光能量下，該方法與傳統(tǒng)飛秒激光加工方法相比，可以聚焦到材料內(nèi)部更深處進(jìn)行加工改性。


圖I為飛秒激光脈沖序列加工光路不意圖圖2為傳統(tǒng)加工方法與本發(fā)明方法加工光柵的光學(xué)顯微鏡對比圖。其中，I-飛秒激光系統(tǒng)、2-半波片、3-偏振片、4-電控開關(guān)、5-脈沖整形器、6_反射鏡、7-CXD、8-反射鏡、9-聚焦物鏡、10-樣品、11-6維精密電控平臺、12-照明光源、13-載玻片、14-飛秒脈沖序列加工光柵的光學(xué)顯微鏡圖、15-傳統(tǒng)飛秒激光加工光柵的光學(xué)顯微鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I飛秒激光系統(tǒng)I采用的是美國光譜物理(Spectrum Physics)公司生產(chǎn)的激光器, 激光波長800nm，脈沖寬度50飛秒，重復(fù)頻率IK Hz，單脈沖最大能量3mJ，光強(qiáng)分布為高斯型，線偏振。試驗(yàn)樣品10為熔融石英，其厚度為O. 5mm。本發(fā)明提出了一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，加工光路示意圖如圖I所示，具體加工步驟如下步驟一利用飛秒激光系統(tǒng)I產(chǎn)生飛秒脈沖激光，利用半波片2和偏振片3組合把單脈沖能量調(diào)整為6 μ J，打開電控開關(guān)4，通過脈沖整形器5把傳統(tǒng)的飛秒激光調(diào)制為脈沖序列，該序列中包含兩個(gè)子脈沖，脈沖間隔為700飛秒；步驟二 把載玻片13水平固定在6維精密電控平臺11上，用雙面膠把樣品10水平固定在載玻片13上；步驟三把步驟一所得到的脈沖序列激光通過反射鏡8反射到20倍物鏡9中聚焦，借助CCD 7和照明光源12成像；移動6維精密電控平臺11使激光焦點(diǎn)位于樣品10的上表面；控制6維精密電控平臺11沿激光傳播的反方向移動90 μ m,因?yàn)楣獾恼凵渥饔?，此時(shí)激光焦點(diǎn)位于樣品10上表面之下約120 μ m處；步驟四計(jì)算機(jī)控制6維精密電控平臺11以60 μ m/s的恒定速度在該水平面上加工出了一個(gè)光柵，其光學(xué)顯微鏡圖片如圖2中14所示；當(dāng)關(guān)閉脈沖整形器，其他實(shí)驗(yàn)步驟不改變的情況下即是用傳統(tǒng)的飛秒激光加工方法加工光柵，其光學(xué)顯微鏡圖片如圖2中15所示；經(jīng)過顯微鏡觀察及He-Ne激光衍射圖樣的比較，發(fā)現(xiàn)在此聚焦深度處，在該加工條件下，傳統(tǒng)飛秒激光幾乎無法對熔融石英內(nèi)部改性，而700飛秒間隔的飛秒激光脈沖序列則可以對熔融石英內(nèi)部改性。實(shí)施例2飛秒激光系統(tǒng)I采用的是美國光譜物理(Spectrum Physics)公司生產(chǎn)的激光器, 激光波長800nm，脈沖寬度50飛秒，重復(fù)頻率IK Hz，單脈沖最大能量3mJ，光強(qiáng)分布為高斯型，線偏振。試驗(yàn)樣品10為熔融石英，其厚度為O. 5mm。本發(fā)明提出了一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，加工光路示意圖如圖I所示，具體加工步驟如下步驟一利用飛秒激光系統(tǒng)I產(chǎn)生飛秒脈沖激光，利用半波片2和偏振片3組合把單脈沖能量調(diào)整為4 μ J，打開電控開關(guān)4，通過脈沖整形器5把傳統(tǒng)的飛秒激光調(diào)制為脈沖序列，該序列中包含兩個(gè)子脈沖，脈沖間隔為500飛秒；
步驟二 把載玻片13水平固定在6維精密電控平臺11上，用雙面膠把樣品10水平固定在載玻片13上；步驟三把步驟一所得到的脈沖序列激光通過反射鏡8反射到20倍物鏡9中聚焦，借助CCD 7和照明光源12成像；移動6維精密電控平臺11使激光焦點(diǎn)位于樣品10的上表面；步驟四控制6維精密電控平臺11沿激光傳播的反方向移動10 μ m，用電控開關(guān)4 控制激光與樣品10作用O. 5s，使焦點(diǎn)處改性；步驟五控制6維精密電控平臺11水平移動100 μ m，重復(fù)步驟四；步驟六重復(fù)步驟四和步驟五5次；步驟七關(guān)閉脈沖整形器，重復(fù)步驟二至步驟六，即用傳統(tǒng)的飛秒激光對焦點(diǎn)處改性；取下樣品10，用光學(xué)顯微鏡觀察，分別統(tǒng)計(jì)脈沖序列和傳統(tǒng)飛秒脈沖的最大可加工改性深度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在該實(shí)驗(yàn)條件下，間隔為500飛秒的脈沖序列最大可加工改性深度約為60 μ m，而傳統(tǒng)飛秒脈沖的最大可加工改性深度約為20 μ m。
權(quán)利要求
1.一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，其特征在于包括如下步驟步驟一利用飛秒激光系統(tǒng)I產(chǎn)生飛秒脈沖激光，利用半波片2和偏振片3的組合調(diào)整能量，通過脈沖整形器5把飛秒激光調(diào)制為飛秒間隔的脈沖序列；步驟二 把步驟一所得到的脈沖序列激光通過反射鏡8反射到物鏡9中聚焦，借助CCD 7和照明光源12成像，移動6維精密電控平臺11，使激光焦點(diǎn)位于水平放置的樣品10內(nèi)部;步驟三用計(jì)算機(jī)控制6維精密電控平臺11運(yùn)動，即可在樣品10內(nèi)部進(jìn)行加工。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，其特征在于步驟二所述樣品10材料為透明的介質(zhì)材料，內(nèi)部聚焦深度必須小于聚焦物鏡9的焦距。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，其特征在于還可以將透明的載玻片13水平固定在步驟二所述樣品10的下方后，再放置于6維精密電控平臺11上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用飛秒激光脈沖序列對透明介質(zhì)內(nèi)部加工的方法，屬于飛秒激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。首先利用飛秒激光系統(tǒng)1產(chǎn)生飛秒脈沖激光，利用半波片2和偏振片3的組合調(diào)整能量，通過脈沖整形器5把飛秒激光調(diào)制為飛秒間隔的脈沖序列；然后把步驟一所得到的脈沖序列激光通過反射鏡8反射到物鏡9中聚焦，借助CCD 7和照明光源12成像，移動6維精密電控平臺11，使激光焦點(diǎn)位于水平放置的樣品10內(nèi)部；最后用計(jì)算機(jī)控制6維精密電控平臺11運(yùn)動，即可在樣品10內(nèi)部進(jìn)行加工。本發(fā)明中通過脈沖整形器把飛秒激光調(diào)制為飛秒間隔的脈沖序列，在相同的激光能量下，該方法與傳統(tǒng)飛秒激光加工方法相比，可以聚焦到材料內(nèi)部更深處進(jìn)行加工改性。
文檔編號B23K26/00GK102601521SQ201210084740
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者冷妮, 劉鵬軍, 姜瀾, 徐傳彩 申請人:北京理工大學(xué)