基于光学调制的飞秒激光加工技术研究

发布时间：2020-07-03 01:58

【摘要】：飞秒激光凭借其超短脉冲宽度、超高峰值功率等优点,在微纳制造领域具有广泛的应用。传统的双光子聚合加工技术是通过单点扫描实现,它具有加工精度高、加工过程便于控制等优势,但受限于其加工效率低这一缺点,在大面积、大尺度的相关应用中难以得到推广。计算全息技术通过对激光波前相位调制,可以实现任意光场分布,并用于二维图形化结构的加工。这种加工技术可以有效提高加工效率,但一般只适用于二维平面加工。为了解决传统加工技术效率低下和全息加工的二维局限性问题,本文提出时空调制技术,引入数字微透镜阵列与光栅,在保证加工精度的同时,也提高了加工效率。本文首先介绍了传统的飞秒激光单点扫描加工技术,利用飞秒激光对玻璃改性,提高氢氟酸对其腐蚀效率。基于此方法,制造出了可调谐的微透镜器件,并且分析了相关的调制参数与调制效果。基于计算傅里叶全息算法,提出一种基于硅基液晶空间光调制器动态加载计算全息图同时控制焦点位置和能量的新型加工方法。利用这一加工方法,成功实现各种可控环状结构的加工,并在光学显微镜下测试达到相应效果,证明这种加工方法在飞秒激光微纳加工领域具有可行性。最后,本文详细介绍了飞秒激光时空调制技术。利用数字微透镜阵列,可以实现任意二维图形化的调制;利用光栅的色散作用,可以将光谱在空间中分开,实现脉冲的展宽;将准直后的激光通过物镜聚焦,在后焦面上光谱重合,脉冲宽度重新被压缩。物镜聚焦使得激光的空间能量密度在物镜后焦面达到最大;后焦面上光谱的重合使得在此位置脉冲宽度达到最小,使得激光能量密度在时域上达到最大,从而使得在物镜后焦面的双光子激发效率达到最高,而离焦后迅速降低。利用此技术可以实现图形加工,并且探究了该技术在单点、单层加工的分辨率的优越性。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249
【图文】：

示意图,微流体,打印系统,集成系统

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ邋ｏｆ邋Ｓｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ邋的邋Ｂｅｎｊａｍｉｎ邋Ｍｉｌｌｓ邋等人提出一种结合邋ＤＭＤ邋和超快逡逑脉冲，通过多光子聚合，快速实现复杂图案化成型技术。利用该技术，可以实逡逑现具有２ｐｍ分辨率的结构。图１．４（ａ）所示结构的高度由光刻胶的厚度决定，（ｂ）逡逑图所示的结构是在ｌＯＯ＾ｍ厚的光刻胶中加工得到，利用ＤＭＤ单层曝光的结构逡逑通常大于１０ｐｍ，所以传统的单点扫描叠加（单点高度小于２００ｎｍ）的策略并不适逡逑用于ＤＭＤ层叠加形成复杂三维结构的加工。逡逑中国科大的Ｙ．Ｘ．Ｒｅｎ等人［２２］，在ＤＭＤ中引入离轴全息、超像素算法和迭代逡逑４逡逑

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（ａ）十脉冲曝光加工平面二维结构ＳＥＭ图。（ｂ）三维螺旋结构ＳＥＭ图。逡逑等计算方式实现复场调制。由于ＤＭＤ输出信号与灰度值不成线性比例，小化输出图案中的失真，需要使用线性校正来校正投影的全息图。Ｌｅｅ全一种二值全息图［２４１，如图１．５（ａ）所示通过在ＤＭＤ加载二值全息图，可以应的出射光模式。空间相位和振幅控制的超像素方法能够独立调制光的振幅，同时保持高分辨率与高速调制［２５］。该方法具有更高的保真度与更误率。逡逑１．２．３基于相位型调制器的调制与加工技术逡逑硅基液晶（ＬＣｏＳ）空间光调制器是一种常用的纯相位型空间光调制器。通电压的大小，控制液晶分子的旋转角度，从而对入射光的相位起到调制相比于振幅型调制器，它的能量利用率更高，且可以通过计算全息得到一完美的解析光场。逡逑Ｙ．Ｌｉａｎｇ等研宄者提出一种聚焦贝塞尔光扫描技术［２６］，利用ＬＣｏＳ空间光将入射高斯光束调制成多通道贝塞尔光束，通过设计扫描策略结合双光

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