[发明专利]一种CO2

说明书

本发明公开了一种CO₂激光在熔石英表面直接制备正弦相位光栅的方法，按照以下步骤进行：S1、设定CO₂激光器的参数；S2、在熔石英表面烧蚀形成一个表面光滑的高斯型烧蚀凹坑；S3、检测高斯型烧蚀凹坑的表面形貌和轮廓是否无烧蚀沉积；S4、在熔石英表面烧蚀形成一个相邻的高斯型烧蚀凹坑；S5、重复步骤S4，直到各高斯型烧蚀凹坑构成预设的正弦相位光栅。采用以上方法，经济高效，能够利用CO₂激光在熔石英表面直接制备正弦相位光栅，不仅可以实现一维正弦相位光栅，而且可以方便灵活地实现多种结构二维正弦相位光栅的制备，并且制备的正弦相位光栅激光损伤阈值高，可以实现强激光光束分束，在多光束干涉微结构激光加工领域具有重要的应用。

技术领域

本发明涉及光学元件制备技术领域，具体涉及一种CO₂激光在熔石英表面直接制备正弦相位光栅的方法。

背景技术

正弦相位光栅由于其能量利用率高，在光波变换中具有广泛的应用。传统上正弦相位光栅的制备方法主要有光刻技术、聚焦离子束刻蚀、电子束光刻、纳米压印和热压印等技术等；其中，光刻技术、聚焦离子束刻蚀和电子束光刻虽然制备质量高，但是制备过程不仅繁琐耗时，而且费用高昂；而纳米压印和热压印技术则难以应用于硬脆性的熔石英材料。

目前，激光技术已用于加工熔石英微光学元件，Kostyuk等人(Optics and Lasersin Engineering,92:63–69,2017)公开了一种把石墨放置在透明熔石英后面，采用1064nm光纤激光基于激光诱导黑体加热技术制备熔石英正弦相位光栅的方法；Choi等人(OpticsLaser Technology,75:63–70,2015)公开了一种首先用飞秒激光在熔石英表面制备周期性微光栅，然后用CO₂激光束多次辐照进行轮廓重新整形，在熔石英表面形成平凸微柱透镜阵列；中国专利CN106125166A公开了一种原位调控材料微结构制备熔石英微透镜阵列的方法，首先采用CO₂激光辐照调控熔石英材料微结构，然后再通过氢氟酸刻蚀形成凹面微透镜阵列；中国专利CN107052584A公开了激光脉冲诱导熔石英表面形成均匀光栅结构的方法，不仅需要激光重复扫描在熔石英表面，才能自组织形成光栅结构，而且只能制备周期与CO₂激光波长相当的一维光栅。

因此，由以上可知，目前利用激光加工诸如正弦相位光栅的熔石英微光学元件都是采用多种技术相结合的方法，存在工艺较为复杂的问题。

针对目前激光直接加工熔石英正弦相位光栅技术遇到的瓶颈，急需进行制备技术创新，开发一种正弦相位光栅制备新方法，实现经济高效地使用激光直接制备熔石英正弦相位光栅。

发明内容

为解决激光不能直接制备熔石英正弦相位光栅的技术问题，本发明提供了一种CO₂激光在熔石英表面直接制备正弦相位光栅的方法。

其技术方案如下：

一种CO₂激光在熔石英表面直接制备正弦相位光栅的方法，其要点在于，按照以下步骤进行：

S1、根据需要成型的正弦相位光栅的参数，设定CO₂激光器的参数；

S2、CO₂激光器发射CO₂激光束聚焦辐照熔石英表面一次，在熔石英表面烧蚀形成一个表面光滑的高斯型烧蚀凹坑；

S3、检测步骤S2形成的高斯型烧蚀凹坑的表面形貌和轮廓是否无烧蚀沉积：否，调整CO₂激光器的参数，重新发射CO₂激光束烧蚀熔石英表面形成新的高斯型烧蚀凹坑，并重复检测新形成的高斯型烧蚀凹坑，直到该高斯型烧蚀凹坑的表面形貌和轮廓无烧蚀沉积；是，进入下一步骤；

S4、在上一步骤烧蚀形成的高斯型烧蚀凹坑旁，依次按步骤S2和步骤S3在熔石英表面烧蚀形成一个相邻的高斯型烧蚀凹坑；