[发明专利]一种用飞秒激光脉冲序列对透明介质内部加工的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用飞秒激光脉冲序列对透明介质内部加工的方法，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

激光可以聚焦到透明材料的内部，从而使得在材料内部加工微结构成为可能。飞秒激光直写加工改变透明介质材料(如玻璃、PMMA等聚合物)内部折射率，可以广泛用于制备光存储、体相位光栅、光波导和3D光耦合器等光学元器件。在一定的能量下，随着聚焦深度的增加，由于反射等因素，激光焦点的能量会逐渐减小，当焦点处激光能量小于材料内部改性或加工阈值时，就无法对材料内部进行加工。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种用飞秒激光脉冲序列对透明介质内部加工的方法。

本发明的目的是通过以下技术来实现的：

步骤一：利用飞秒激光系统产生飞秒脉冲激光，利用半波片和偏振片的组合调整能量，通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的脉冲序列；

步骤二：把步骤一所得到的脉冲序列激光通过反射镜反射到物镜中聚焦，借助CCD和照明光源成像，移动6维精密电控平台，使激光焦点位于水平放置的样品内部；

步骤三：用计算机控制6维精密电控平台运动，即可在样品内部进行加工。

所述样品为透明的介质材料，内部聚焦深度必须小于聚焦物镜的焦距。

所述样品水平固定在透明的载玻片上。

实现本发明方法的装置包括：飞秒激光系统、半波片、偏振片、电控开关、脉冲整形器、反射镜、聚焦物镜、样品、6维精密电控平台。

其连接关系为：根据激光的走向顺次连接。飞秒激光系统产生飞秒激光，利用半波片与偏振片的组合调整能量之后通过电控开关后，进入脉冲整形器调制为脉冲序列，然后被45°放置的反射镜反射入聚焦物镜中聚焦。

有益效果

1、本发明中通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的脉冲序列，在相同的激光能量下，该方法与传统飞秒激光加工方法相比，可以聚焦到材料内部更深处进行加工改性。

附图说明

图1为飞秒激光脉冲序列加工光路示意图：

图2为传统加工方法与本发明方法加工光栅的光学显微镜对比图。

其中，1-飞秒激光系统、2-半波片、3-偏振片、4-电控开关、5-脉冲整形器、6-反射镜、7-CCD、8-反射镜、9-聚焦物镜、10-样品、11-6维精密电控平台、12-照明光源、13-载玻片、14-飞秒脉冲序列加工光栅的光学显微镜图、15-传统飞秒激光加工光栅的光学显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

飞秒激光系统1采用的是美国光谱物理(Spectrum Physics)公司生产的激光器，激光波长800nm，脉冲宽度50飞秒，重复频率1K Hz，单脉冲最大能量3mJ，光强分布为高斯型，线偏振。

试验样品10为熔融石英，其厚度为0.5mm。

本发明提出了一种用飞秒激光脉冲序列对透明介质内部加工的方法，加工光路示意图如图1所示，具体加工步骤如下：

步骤一：利用飞秒激光系统1产生飞秒脉冲激光，利用半波片2和偏振片3组合把单脉冲能量调整为6μJ，打开电控开关4，通过脉冲整形器5把传统的飞秒激光调制为脉冲序列，该序列中包含两个子脉冲，脉冲间隔为700飞秒；

步骤二：把载玻片13水平固定在6维精密电控平台11上，用双面胶把样品10水平固定在载玻片13上；

步骤三：把步骤一所得到的脉冲序列激光通过反射镜8反射到20倍物镜9中聚焦，借助CCD 7和照明光源12成像；移动6维精密电控平台11使激光焦点位于样品10的上表面；控制6维精密电控平台11沿激光传播的反方向移动90μm，因为光的折射作用，此时激光焦点位于样品10上表面之下约120μm处；

步骤四：计算机控制6维精密电控平台11以60μm/s的恒定速度在该水平面上加工出了一个光栅，其光学显微镜图片如图2中14所示；

当关闭脉冲整形器，其他实验步骤不改变的情况下即是用传统的飞秒激光加工方法加工光栅，其光学显微镜图片如图2中15所示；

经过显微镜观察及He-Ne激光衍射图样的比较，发现在此聚焦深度处，在该加工条件下，传统飞秒激光几乎无法对熔融石英内部改性，而700飞秒间隔的飞秒激光脉冲序列则可以对熔融石英内部改性。

实施例2