基于空间光调制技术的飞秒矢量光场微纳加工研究

发布时间：2020-03-23 09:32

【摘要】：目前,飞秒激光微纳加工技术因其脉冲极短,瞬时功率极高,与材料作用区域热效应小的特点在工业生产和科学研究中得到广泛应用。但是由于飞秒激光微纳加工过程中常用的线偏振光场受到光学衍射极限的限制,在许多应用领域制约了飞秒激光微纳加工的精度和加工效率。因此,为了研究实现飞秒激光超分辨、高效率、高可靠性的加工,本文在飞秒激光微纳加工技术的理论基础上结合矢量光场,利用空间光调制技术开展了对飞秒激光矢量光场微纳加工技术的理论与实验研究。首先具体分析并讨论了飞秒激光微纳加工的特性、机理、应用,概述了矢量光场产生的方法以及利用径向偏振转换器产生径向偏振矢量光场的原理,进一步讨论了空间光调制器实现光场调控的原理并结合空间光调制器设计了一种正弦型三元混合滤波器,对矢量光场的特性进行了优化,产生了超分辨的光针阵列;最后,搭建了飞秒激光矢量光场微纳加工系统实验平台,在此基础上利用超分辨的纵向偏振光针以及光针阵列对氧化石墨烯薄膜和石英玻璃进行了微孔加工,分析了飞秒矢量光场微纳加工的性能,主要研究工作如下:(1)提出了一种飞秒激光结合矢量光场的飞秒激光矢量光场微纳加工技术,理论分析了飞秒激光加工的特性、机理、应用,概述了矢量光场产生的方法以及利用径向偏振产生纵向偏振光针的原理,对比分析了线偏振光和矢量光场的紧聚焦特性;(2)基于径向偏振转换器搭建了产生径向偏振矢量光场的光路,研究了空间光调制器实现光场调控的原理并结合空间光调制器设计了正弦型三元混合滤波器,利用粒子群优化算法对滤波器进行优化,产生了超分辨的光针阵列。在此基础上搭建了产生纵向偏振矢量光场的实验光路系统,对系统中的主要器件做了深入分析,在驱动软件平台上实现了对矢量光场的调控;(3)在矢量光场实验光路搭建完备的前提下,设计并搭建了飞秒激光微纳加工系统的实验平台,完善了飞秒激光矢量光场微纳加工系统的实验光路,并利用获得的超分辨纵向偏振光针以及光针阵列对氧化石墨烯薄膜进行了微孔加工的实验,详细分析了飞秒激光矢量光场微纳加工的空间分辨率,加工效率以及影响因素。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665

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