基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究

发布时间：2017-05-22 09:07

  本文关键词：基于相位全息图的飞秒激光并行加工方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：飞秒微加工是激光加工领域中的前沿技术,具有加工精度高,热影响小和加工材料广泛等优点,而且能实现三维的微细加工,在制作光波导、分束器和耦合器等领域都具有重要应用,但是飞秒激光微加工最大的缺点是加工效率低下,能量利用率低,传统的微加工只需要微焦级别的单脉冲能量,激光器输出的能量一般都是毫焦级别的,能量利用率不足0.1%。本文利用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)的并行加工方法,通过SLM产生多光束,把一个高能量光束分解为微焦级别的多光束,利用飞秒激光在PMMA材料内部进行直写光栅的研究,获得了光栅常数为10um的光栅,采用并行加工的方法,极大地提高了加工效率。本文主要研究内容如下:首先,详细介绍了空间光调制器的相位调制原理和基于衍射光栅的模拟原理。在介绍与讨论衍射光栅与衍射角关系的基础上,分析了利用多个衍射光栅叠加调制产生多光束的原理,开展了利用空间光调制器实现对多光束控制的研究。并详细介绍了目前几种常见的产生多光束的算法,包括达曼光栅和GS、GL算法,分析了其各自的优缺点。并利用GS算法对目标进行优化,通过空间光调制器软件计算得到计算机全息图(computer generated hologram,CGH),CGH加载到空间光调制器上实现了飞秒多光束的并行加工。其次,设计并搭建了一套飞秒并行加工系统,详细介绍了飞秒并行加工组成部分,包括飞秒激光器,空间光调制器,4F光学系统,CCD相机,三维移动平台及控制软件,并对实验的光路及原理进行了简单分析。再次,简单介绍了飞秒激光透明材料内部直写光栅的研究意义,阐述了飞秒激光在透明材料损伤的定义,并详细介绍了烧蚀透明材料的机理,其中着重介绍了雪崩电离和多光子吸收理论。开展了利用飞秒激光在透明材料内部聚焦进行直写光栅的研究。针对实验材料PMMA,找出了其特定的光折变阈值,利用飞秒激光在透明材料PMMA内部聚焦,实现了光栅常数为10um的光栅的制备,利用多光束在PMMA样品内进行了多光束并行加工的实验。最后,对论文进行总结和展望,并对接下来进一步研究提出了几点建议与展望。
【关键词】：飞秒激光 相位全息图 多光束 PMMA 直写光栅
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的来源、目的及研究意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究目的及意义9-10
• 1.2 飞秒激光加工技术及应用现状10-11
• 1.3 飞秒激光并行加工技术发展现状11-14
• 1.3.1 多激光器法12
• 1.3.2 多光束干涉12-13
• 1.3.3 微透镜阵列13-14
• 1.4 液晶空间光调制器的发展现状14
• 1.5 液晶空间光调制器的应用介绍14-15
• 1.6 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 空间光调制器相位全息图对多光束控制研究17-28
• 2.1 空间光调制器的工作原理17-20
• 2.1.1 液晶空间光调制器的相位调制原理17-19
• 2.1.2 液晶空间光调制器衍射光栅的模拟19-20
• 2.2 液晶空间光调制器相位全息图实现多光束原理20-21
• 2.3 相位全息图对多光束控制的几种算法21-26
• 2.3.1 达曼光栅21-23
• 2.3.2 GL算法23-24
• 2.3.3 GS算法24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 飞秒激光并行加工系统28-36
• 3.1 并行加工系统原理及框图28-29
• 3.2 飞秒激光器29
• 3.3 液晶空间光调制器29-32
• 3.4 4F光学系统32-33
• 3.5 CCD相机33
• 3.6 三维运动平台33-34
• 3.7 实验光路介绍34-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第4章 飞秒激光PMMA材料内部直写光栅的研究36-42
• 4.1 飞秒激光在透明介质中的损伤定义36
• 4.2 飞秒激光烧蚀PMMA材料的机理36-37
• 4.3 雪崩电离机理和多光子电离机理37-38
• 4.3.1 雪崩电离机理37
• 4.3.2 多光子电离机理37-38
• 4.4 飞秒激光在PMMA材料内部直写光栅的研究38-41
• 4.4.1 飞秒激光PMMA材料光折变能量的摸索38-40
• 4.4.2 飞秒激光单光束PMMA材料直写光栅的研究40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 实验结果及分析42-47
• 5.1 三维运动台控制程序42-43
• 5.2 基于LABVIEW产生叠加相位全息图43-44
• 5.3 加工实验过程及结果44-47
• 5.3.1 图案加工结果44-46
• 5.3.2 飞秒激光多光束PMMA材料直写光栅46-47
• 第6章 总结与展望47-49
• 6.1 全文工作总结47
• 6.2 对今后工作的展望47-49
• 参考文献49-50
• 致谢50-51
• 附录1攻读硕士学位期间发表学术论文及荣誉51-52

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本文编号：385235