飛秒激光制備微光學元件及其應用

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的發(fā)展，人們已經(jīng)逐步進入到信息化時代。信息技術的快速發(fā)展要求一個完整的信息系統(tǒng)能在盡可能小的空間內(nèi)實現(xiàn)盡可能多的功能，這就要求實現(xiàn)各種功能的器件盡可能地小，向小型化、微型化方向發(fā)展。微光學元件具有體積小、重量輕、設計制造靈活、制造成本低，并易于實現(xiàn)陣列化和批量化生產(chǎn)等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)普通光學元件難以實現(xiàn)的功能，在光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)學、激光技術、光計算等領域具有重要的應用價值。

飛秒激光加工是一種無接觸、高精度的微納光電器件加工方法，具有環(huán)境要求低、對材料無選擇性、加工靈活、精度高等特點，可以在幾乎任意材料上實現(xiàn)超衍射極限和高復雜結構加工，極大豐富了微光學元件的制備種類。圍繞飛秒激光加工技術，研究者們在各種材料表面、內(nèi)部制備出了不同類型、不同功能的微光學元件，極大地推動了微光學的發(fā)展。

飛秒激光直寫技術

飛秒激光直寫技術的加工原理如圖1所示，主要是通過一些光學元件將飛秒激光聚焦在材料表面或內(nèi)部，配合三維位移平臺，實現(xiàn)任意復雜結構的制備，CCD實時觀察系統(tǒng)主要用來進行焦點對準和對加工過程進行實時觀察。

圖1.飛秒激光直寫技術加工示意圖

飛秒激光直寫加工一般包括：增加材料的雙光子聚合加工和去除材料的燒蝕加工。在雙光子加工中，單體聚合物只有在光子密度足夠大的激光焦點才能同時吸收兩個光子，實現(xiàn)聚合，如圖2所示。2001年，Kawata等利用中心波長為800 nm的飛秒激光制備了長為10 μm、高為7 μm的納米牛，首次從實驗上實現(xiàn)了突破光學衍射的超精細加工，加工分辨率僅為120 nm。

圖2.飛秒激光雙光子聚合示意圖