[发明专利]一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法及应用

说明书

本发明公开了一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法及应用，属于激光加工技术领域，本发明采用双光子激发解决利用飞秒激光进行直写波导时的散焦问题，同时引入四棱柱，以实现在样品内部加工深度的连续可调；将飞秒激光分束后分别聚焦并垂直入射样品表面一个由压电平台控制高度变化的四棱柱中对应的矩面，到达待加工材料内部，在材料内部将两个光子的能量“凑足”原单光子激发的对应的能量阈值，再通过控制压电平台和样品运动平台使四棱柱和样品在Z轴方向同步运动，同时解决了飞秒激光大埋入深度直写时的散焦问题和加工深度连续调节的问题，可在待加工材料中制备不同加工深度、性质均一的三维埋入式波导。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及利用双光子激发进行加工深度连续 可变的玻璃波导的飞秒激光直写加工，通过将飞秒激光分束并调节各束脉冲在时 间和空间上同步，调节分束激光垂直入射玻璃三棱柱的两个表面，以实现基于多 光子激发的埋入深度连续可变的玻璃波导的直写加工。

技术背景

光波导是集成光学器件的基础。相对于紫外曝光、离子扩散、离子/中子注 入等制作光波导的方法，飞秒激光直写加工技术具有高精度、可进行三维加工的 特点，且几乎可以在任何透明介质中实现波导直写。截面对称是飞秒激光直写波 导实用化的必要条件之一，但由于样品与空气存在折射率差，现有的飞秒激光直 写技术在工作距离超过200μm时(以NA＝1.45的油浸物镜为例)，存在严重的散 焦问题，即焦斑沿纵向拉伸为椭球型。以目前常用的横向写入波导为例，散焦将 使加工波导横截面呈狭长椭圆，导致波导中心对称性差，增大传输损耗。目前， 各国课题组主要采用纵向直写、增大物镜NA、加入透镜组、狭缝光束整形、多 次扫描、应力场方法、空间光束调制等方法来改善波导横截面的对称性，但上述方法存在制备波导长度较短、物镜工作距离短、制作非直波导困难、需寻找最佳 狭缝宽度、激光作用区域发生非线性和电光效应退化现象、限制波导间倏逝波耦 合、需利用计算机编程等问题，并使得波导加工变得更加复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种深度连续可调 的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法。采用双光子激发替代传统的单光子激 发来解决利用飞秒激光进行直写波导时的散焦问题，同时引入玻璃四棱镜，控制 分束激光分别入射玻璃四棱镜后正交会聚，形成近球型焦斑，以实现在样品内部 加工深度的连续可调。其主要原理是，将飞秒激光分束后分别聚焦并垂直入射样 品表面一个由压电平台控制高度变化的玻璃四棱镜的两个互相垂直的棱面，到达 待加工材料内部，在材料内部将两个光子的能量“凑足”原单光子激发的对应的 能量阈值，再通过控制压电平台和样品运动平台使三棱柱和样品在Z轴方向同步 运动，从而达到对材料改性且加工深度连续可调的目的。同时，调节分束后的子 束激光时域同步，并使其最终近正交会聚于待加工位置，从而获得具有近4π立体角的近球型双光子激发焦斑。如此，利用双光子激发和玻璃四棱镜，同时解决 了飞秒激光大埋入深度直写时的散焦问题和加工深度连续调节的问题，可在待加 工材料中制备不同加工深度、性质均一的三维埋入式波导。

本发明通过如下技术方案实现：

一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，具体步骤如 下：

(1)、样品台和玻璃四棱镜的调平；