[发明专利]一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法、系统及应用

说明书

本发明公开了一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法、系统及应用，属于激光加工领域，方法包括：根据目标三维方向确定纳米光栅光轴在垂直于激光入射方向的平面S_v内的旋转角θ_v，以及在平行于激光入射方向的平面S_p内的旋转角θ_p；根据旋转角θ_v调整入射的激光光束的偏振方向，并根据旋转角θ_p改变激光光束的光强分布，得到加工光束；加工光束在聚焦前、后的偏振状态不同；将加工光束聚焦于熔融石英以写入纳米光栅，使得加工得到的纳米光栅的光轴在平面S_v和平面S_p内的旋转角分别为θ_v和θ_p。本发明能够实现对熔融石英中纳米光栅光轴三维方向的调控，提高光存储的容量。

技术领域

本发明属于激光加工领域，更具体地，涉及一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法、系统及应用。

背景技术

近年来，随着飞秒激光器的普及以及飞秒激光加工技术的发展，研究人员发现了飞秒激光材料加工中的许多新的特性及现象。相比于常规的连续激光与纳秒激光灯，飞秒激光具有极高的瞬时功率密度，经聚焦之后可在透明材料内部实现多光子吸收或多光子聚合等非线性效应，使得三维激光直写技术得到了快速的发展，衍生出三维激光打印，三维光存储，三维微流体芯片制造等一系列新的应用。

熔融石英是飞秒激光加工中常用的一种材料，根据激光脉冲能量的不同，熔融石英中可诱导三种不同类型的结构变化。当脉冲能量较低时，加工区域折射率会增加，可用于制造光波导。当能量很高时，加工区域会出现小孔或裂纹，可用于三维光存储技术。当脉冲能量处于一个中间范围时，可在加工区域诱导出一种周期性结构，其周期通常小于激光波长，排列方向与激光的偏振状态有关，称为纳米光栅结构。纳米光栅结构具有双折射特性，并且结构损伤阈值较高，可用于制造偏振光学器件与五维光存储技术。

目前，基于纳米光栅结构的五维光存储技术是一个研究热点，五个维度包括三维空间与表征双折射特性的两个参数(延迟值与光轴方向)，其中，延迟值由激光脉冲强度控制，光轴方向由激光脉冲偏振状态控制。五维光存储使得存储容量大为增加，但是相对于呈爆炸式增长的数据量来说，存储容量仍有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法、系统及应用，其目的在于，通过实现对熔融石英中纳米光栅光轴三维方向的调控，提高光存储的容量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种调控纳米光栅光轴三维方向的方法，包括如下步骤：

(1)根据目标三维方向确定待加工的纳米光栅的光轴在垂直于激光入射方向的平面S_v内的旋转角θ_v，以及在平行于激光入射方向的平面S_p内的旋转角θ_p；

(2)根据旋转角θ_v调整入射的激光光束的偏振方向，并根据旋转角θ_p改变激光光束的光强分布，得到加工光束；加工光束在聚焦前、后的偏振状态不同；

(3)将加工光束聚焦于熔融石英以写入纳米光栅，使得加工得到的纳米光栅的光轴在平面S_v和平面S_p内的旋转角分别为θ_v和Q_p，从而将纳米光栅的光轴方向调控到目标三维方向。

进一步地，本发明所提供的调控纳米光栅光轴三维方向的方法，还包括：在调整入射的激光光束的偏振方向和光强分布之前，将入射的激光光束调整到所需强度和大小，并调整激光光束的幅度分布，使激光光束均匀分布。

按照本发明的另一个方面，提供了一种调控纳米光栅光轴三维方向的系统，包括：沿光路方向依次设置的第一光束调控单元、衰减片、第二光束调控单元以及物镜；