[发明专利]一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列制作方法及应用

说明书

一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列制作方法及其在微纳结构加工中的应用。包括利用飞秒激光直接加工菲涅尔波带片阵列，以及飞秒激光经加工好的菲涅尔波带片阵列聚焦后直接加工微结构。通过该方法我们能制作各种不同排列方式的菲涅尔波带片阵列，并基于这些波带片阵列加工与其排列方式相对应的微结构阵列。该方法具有加工效率高、加工方法简单、灵活性好等特点。

技术领域

本发明属于飞秒激光微纳加工领域，涉及一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列制作方法及其在微纳加工中的应用。

背景技术

根据北京大学出版社1984年出版的《光学》上册(作者：赵凯华、钟锡华)一书第202-206页介绍，菲涅尔波带片具有与透镜相似的聚焦特性，它可以使光聚焦起来，而与透镜不同的是菲涅尔波带片除主焦点外还有很多次焦点。据美国“Optical Society ofAmerica”1991年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.16,No.12,June 1991,p931-933)报道,A.Marrakchi等人在空间光调制器中加载可编程的菲涅尔波带片阵列图案，光经过该空间光调制器并传播一段距离后产生了相干的点阵列。利用菲涅尔波带片阵列把飞秒激光聚焦成点阵列这个性质，我们可以通过菲涅尔波带片阵列并行加工微纳结构，这样使得加工效率高、操作方便以及加工结构具有非常好的灵活性。

经相关资料查询，有几篇文献报道了利用飞秒激光直接烧蚀单个菲涅尔波带片，例如，据美国“Optical Society ofAmerica”2002年出版的《OPTICS EXPRESS》(Vol.10,No.19,September 2002,p978-983)报道，WataruWatanabe等人利用飞秒激光脉冲在石英玻璃上加工了单个菲涅尔波带片；2011年激光与光电子学国际会议(CLEO:2011-LaserScience to Photonic Applications，文章题为“Fabrication of binary Fresnellenses in PMMAby femtosecond laser micromachining”)报道，R.

Martínez Vázquez等人利用飞秒激光在PMMA材料上烧蚀单个菲涅尔波带片。

但利用飞秒激光在透明材料表面直接烧蚀菲涅尔波带片阵列，目前尚未发现相关报道。

对于利用菲涅尔波带片阵列加工微纳结构，有文献报道了利用空间光调制器生成的菲涅尔波带片阵列加工微纳结构，例如，据美国“Optical Society ofAmerica”2006年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.31,No.11,June 2006,p1705-1707)报道,Satoshi Hasegawa等人在空间光调制器中加载由多个相位菲涅尔透镜组成的图案，而后飞秒激光经过该空间光调制器后在载玻片上烧蚀了多个孔阵列结构。但是空间光调制器不能承受很高的功率，而玻璃等透明材料介质能承受很高的功率，所以对于利用在玻璃等透明材料上烧蚀的菲涅尔波带片并行加工微纳结构，其对飞秒激光的能量利用效率更高，并且能同时加工更多的微纳结构。目前尚未发现相关文献利用飞秒激光直接烧蚀的菲涅尔波带片阵列来并行加工微结构的报导。

发明内容

发明目的是解决微纳加工的效率低下以及微纳结构加工过程复杂等问题，提供一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列制作方法及其在微纳加工中的应用。

技术方案：

一种基于飞秒激光的菲涅尔波带片阵列的制作方法，该方法的制作步骤如下：飞秒激光(1)经紧聚焦后在透明介质材料表面上直接烧蚀孔结构，同时利用三维移动平台(4)移动透明介质材料，使得烧蚀的位置沿菲涅尔波带片的奇数或偶数环带结构内的同心圆轨迹移动，从而在透明介质材料表面烧蚀单个菲涅尔波带片结构；然后通过二维电控平移台(5)对透明介质材料进行移动，根据给定的空间排列方式加工出菲涅尔波带片阵列。