飛秒激光制備微光學(xué)元件及其應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)逐步進(jìn)入到信息化時(shí)代。信息技術(shù)的快速發(fā)展要求一個(gè)完整的信息系統(tǒng)能在盡可能小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能，這就要求實(shí)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(xué)元件具有體積小、重量輕、設(shè)計(jì)制造靈活、制造成本低，并易于實(shí)現(xiàn)陣列化和批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難以實(shí)現(xiàn)的功能，在光纖通信、信息處理、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、激光技術(shù)、光計(jì)算等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)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(duì)材料無選擇性、加工靈活、精度高等特點(diǎn)，可以在幾乎任意材料上實(shí)現(xiàn)超衍射極限和高復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工，極大豐富了微光學(xué)元件的制備種類。圍繞飛秒激光加工技術(shù)，研究者們?cè)诟鞣N材料表面、內(nèi)部制備出了不同類型、不同功能的微光學(xué)元件，極大地推動(dòng)了微光學(xué)的發(fā)展。

飛秒激光直寫技術(shù)

飛秒激光直寫技術(shù)的加工原理如圖1所示，主要是通過一些光學(xué)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(tái)，實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制備，CCD實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)主要用來進(jìn)行焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)和對(duì)加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。

圖1.飛秒激光直寫技術(shù)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(diǎn)才能同時(shí)吸收兩個(gè)光子，實(shí)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(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了突破光學(xué)衍射的超精細(xì)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