基于光场调控技术的飞秒激光并行加工技术研究
发布时间：2021-09-07 06:07
随着飞秒激光技术的不断革新,飞秒激光在材料加工领域扮演了越来越重要的角色。飞秒激光具有超短的激光脉冲和超高的能量密度,应用于材料加工领域可将加工精度达到纳米级,可实现三维结构的超精细加工。传统的飞秒激光微加工一般采用单点扫描的加工方式,这种加工方式的加工效率比较低下,加工过程比较缓慢。为了提高激光微加工的效率,研究者们提出将激光进行分束进行并行激光微加工的方法。空间光调制器（SLM）因其能够更为方便灵活的对激光聚焦光场进行调控,使其在飞秒激光微加工领域得到了广泛的应用。所以如何使用空间光调制器对光场进行精确灵活的调控成为人们研究的热点问题。使用空间光调制器对光场进行设计,需要相应的算法计算出所需光场的相位信息。传统的相位迭代算法,大多针对标量光场进行设计,无法根据具体实验设备对矢量光场进行灵活、精确的调控,所以传统的相位迭代算法存在较大的应用局限性。本文根据物镜聚焦系统的矢量衍射积分理论,推导出了高数值孔径物镜聚焦系统的矢量傅里叶变换关系。基于这种矢量的傅里叶变换关系,设计了一种针对矢量光场高数值孔径物镜聚焦系统的矢量G-S迭代优化算法。此算法充分考虑了聚焦系统的矢量特性,并且在算法迭...
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光子聚合加工的微器件[40]
鲁东大学硕士学位论文3为期望形状的阵列结构进行微纳激光加工[67]。基于SLM的方法，不仅能够实现灵活地调控微纳加工的结构，而且还能够显著地提高加工的效率[68-69]。图1.2空间光调制器产生多焦点阵列光路示意图[70]2008年，日本德岛大学的研究者们通过使用SLM将激光进行调制产生出多焦点阵列，进行了双光子聚合加工的实验，通过控制激光焦点的空间位置，可以实现不同线宽结构的加工，同时在工作台移动的过程中，动态加载计算全息图，可以实现图案结构的加工，使用SLM所生成的多焦点阵列间距可以达到230nm[71]。日本的MasahiroYamaji等人在2009年通过在飞秒激光加工系统的光路中添加相位板对激光光束进行调制的方式，在焦场生成了按空间三维螺旋线分布的24个焦点[72]。奥地利和英国的研究者们在2010年通过补偿飞秒激光加工过程中因折射率失配所产生球差的这种方法，使得不同空间位置处焦点的均匀性得到了大大提高[73]。在2010年，德国汉诺威激光中心通过使用空间光调制器有序的加载不同多焦点阵列的相位图，成功产生出可以按照预定规律进行变换的多焦点阵列，通过结合三维工作台的移动，成功在光刻胶内部加工出了多条相互交叉的曲线[74]；在2011年，该激光中心通过使用空间光调制器将飞秒激光分为了16束，同时进行三维微结构的并行加工[75]。2014年，中国科学技术大学的张晨初等人使用多张相位图叠加曝光的方式将并行加工结果的质量大大提高[76]。
基于光场调控技术的飞秒激光并行加工技术研究4图1.3多张相位图叠加曝光加工[76]2015年，中国科学技术大学杨亮等人利用SLM将飞秒激光调制为线、面光场，实现了三维结构的单次曝光加工，并实现了对贝塞尔光束参数的灵活控制，以此为基础进行了微管道结构加工[77]。2017年，中国科学技术大学饶生龙等人通过加载闪耀光栅全息图以及通过控制全息图挖空区域来实现控制激光能量的方法，实现了能量可控且无需三维台移动的动态激光加工[78]。图1.4闪耀光栅控制焦点位置、挖空全息图控制焦斑能量[78]
【参考文献】：
期刊论文
[1]海量微孔水辅助法皮秒激光加工技术的研究及应用[J]. 朱帅杰,张朝阳,储松林,杨志逸,张先烁,王安斌. 中国激光. 2020(03)
[2]飞秒激光制作的光纤高温和折射率传感器[J]. 董航宇,刘昌宁,孙四梅,江超,张傲岩,胡荟灵,王解. 激光与光电子学进展. 2019(17)
[3]飞秒激光直写铜微电极研究[J]. 廖嘉宁,王欣达,周兴汶,李立航,郭伟,彭鹏. 中国激光. 2019(10)
[4]高功率绿光飞秒激光诱导产生钛表面周期性微结构[J]. 秦晓阳,黄婷,肖荣诗. 中国激光. 2019(10)
[5]基于飞秒激光成丝的大幅面激光打标方法[J]. 陈平,王云飞,戴子杰,龚诚,张楠,刘伟伟. 中国激光. 2019(05)
[6]基于空间光调制器的能量可控飞秒激光加工[J]. 饶生龙,吴培超,张晨初,胡衍雷,杨亮,劳召欣,吴东. 中国激光. 2017(01)
[7]Phase-only stereoscopic hologram calculation based on Gerchberg–Saxton iterative algorithm[J]. 夏心怡,夏军. Chinese Physics B. 2016(09)
[8]基于空间光调制器的飞秒并行加工方法研究[J]. 胡勇涛,翟中生,吕清花,陈列,娄德元,杨奇彪,Peter Bennett,刘顿. 应用光学. 2016(02)
[9]飞秒激光全息加工光学系统搭建与分析[J]. 方致伟,苏亚辉,汪超炜,杨亮,汪金礼. 光学学报. 2014(02)
[10]激光纳米制造技术的应用(邀请论文)[J]. 钟敏霖,范培迅. 中国激光. 2011(06)
博士论文
[1]基于空间光调制器的飞秒激光并行加工技术研究[D]. 杨亮.中国科学技术大学 2015
[2]矢量光场与光镊的研究[D]. 陈浩.南京大学 2012
硕士论文
[1]基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究[D]. 胡勇涛.湖北工业大学 2016
本文编号：3388997
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光子聚合加工的微器件[40]
鲁东大学硕士学位论文3为期望形状的阵列结构进行微纳激光加工[67]。基于SLM的方法，不仅能够实现灵活地调控微纳加工的结构，而且还能够显著地提高加工的效率[68-69]。图1.2空间光调制器产生多焦点阵列光路示意图[70]2008年，日本德岛大学的研究者们通过使用SLM将激光进行调制产生出多焦点阵列，进行了双光子聚合加工的实验，通过控制激光焦点的空间位置，可以实现不同线宽结构的加工，同时在工作台移动的过程中，动态加载计算全息图，可以实现图案结构的加工，使用SLM所生成的多焦点阵列间距可以达到230nm[71]。日本的MasahiroYamaji等人在2009年通过在飞秒激光加工系统的光路中添加相位板对激光光束进行调制的方式，在焦场生成了按空间三维螺旋线分布的24个焦点[72]。奥地利和英国的研究者们在2010年通过补偿飞秒激光加工过程中因折射率失配所产生球差的这种方法，使得不同空间位置处焦点的均匀性得到了大大提高[73]。在2010年，德国汉诺威激光中心通过使用空间光调制器有序的加载不同多焦点阵列的相位图，成功产生出可以按照预定规律进行变换的多焦点阵列，通过结合三维工作台的移动，成功在光刻胶内部加工出了多条相互交叉的曲线[74]；在2011年，该激光中心通过使用空间光调制器将飞秒激光分为了16束，同时进行三维微结构的并行加工[75]。2014年，中国科学技术大学的张晨初等人使用多张相位图叠加曝光的方式将并行加工结果的质量大大提高[76]。
基于光场调控技术的飞秒激光并行加工技术研究4图1.3多张相位图叠加曝光加工[76]2015年，中国科学技术大学杨亮等人利用SLM将飞秒激光调制为线、面光场，实现了三维结构的单次曝光加工，并实现了对贝塞尔光束参数的灵活控制，以此为基础进行了微管道结构加工[77]。2017年，中国科学技术大学饶生龙等人通过加载闪耀光栅全息图以及通过控制全息图挖空区域来实现控制激光能量的方法，实现了能量可控且无需三维台移动的动态激光加工[78]。图1.4闪耀光栅控制焦点位置、挖空全息图控制焦斑能量[78]
【参考文献】：
期刊论文
[1]海量微孔水辅助法皮秒激光加工技术的研究及应用[J]. 朱帅杰,张朝阳,储松林,杨志逸,张先烁,王安斌. 中国激光. 2020(03)
[2]飞秒激光制作的光纤高温和折射率传感器[J]. 董航宇,刘昌宁,孙四梅,江超,张傲岩,胡荟灵,王解. 激光与光电子学进展. 2019(17)
[3]飞秒激光直写铜微电极研究[J]. 廖嘉宁,王欣达,周兴汶,李立航,郭伟,彭鹏. 中国激光. 2019(10)
[4]高功率绿光飞秒激光诱导产生钛表面周期性微结构[J]. 秦晓阳,黄婷,肖荣诗. 中国激光. 2019(10)
[5]基于飞秒激光成丝的大幅面激光打标方法[J]. 陈平,王云飞,戴子杰,龚诚,张楠,刘伟伟. 中国激光. 2019(05)
[6]基于空间光调制器的能量可控飞秒激光加工[J]. 饶生龙,吴培超,张晨初,胡衍雷,杨亮,劳召欣,吴东. 中国激光. 2017(01)
[7]Phase-only stereoscopic hologram calculation based on Gerchberg–Saxton iterative algorithm[J]. 夏心怡,夏军. Chinese Physics B. 2016(09)
[8]基于空间光调制器的飞秒并行加工方法研究[J]. 胡勇涛,翟中生,吕清花,陈列,娄德元,杨奇彪,Peter Bennett,刘顿. 应用光学. 2016(02)
[9]飞秒激光全息加工光学系统搭建与分析[J]. 方致伟,苏亚辉,汪超炜,杨亮,汪金礼. 光学学报. 2014(02)
[10]激光纳米制造技术的应用(邀请论文)[J]. 钟敏霖,范培迅. 中国激光. 2011(06)
博士论文
[1]基于空间光调制器的飞秒激光并行加工技术研究[D]. 杨亮.中国科学技术大学 2015
[2]矢量光场与光镊的研究[D]. 陈浩.南京大学 2012
硕士论文
[1]基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究[D]. 胡勇涛.湖北工业大学 2016
本文编号：3388997
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