從(cong) 1995年飛秒激光開始用於(yu) 材料加工以來,由於(yu) 其獨特的加工優(you) 勢很快得到人們(men) 廣泛的關(guan) 注。2003年Rizvi NH總結了飛秒激光對金屬、玻璃、金剛石、各種聚合物、陶瓷等材料的微加工進展情況,從(cong) 各方麵證實了飛秒激光是一種優(you) 秀的微加工光源。飛秒激光非線性現象所引發的一係列新的應用如在玻璃內(nei) 部寫(xie) 入光波導、耦合器、光柵、光子晶體(ti) 、微光學元件等,以及利用多光子聚合產(chan) 生亞(ya) 微米結構超衍射極限加工方麵。

一.玻璃材料加工應用方向

1. 光波導

1996年,日本的Davis K M等人首次利用再生放大的鈦寶石飛秒激光成功地在各種玻璃(如高矽玻璃﹑硼酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃及氟化玻璃)內(nei) 得到光波導,檢測到純矽、摻鍺矽玻璃被照區域折射率增加量(△n)為(wei) 0.01至0.0351,23。1999年日本物理化學研究所(RIKEN)的Sung-Hak Cho等人在光纖纖芯中得到長度為(wei) 9~10mm單模光波導結構並檢測到最大的折射率變化量為(wei) 0.021124。

2. 耦合器

1999年,美國Homoelle D等人利用鈦寶石飛秒放大器輸出的飛秒激光脈衝(chong) ,分別使純熔融二氧化矽和摻硼石英玻璃折射率增大3x10-3和5x10-3，在純熔融二氧化矽內(nei) 部獲得Y型耦合器。美國康寧公司Streltsov A M等人於(yu) 2001年首次利用飛秒鈦寶石振蕩器輸出的納焦飛秒脈衝(chong) 在 Schott KZF2矽酸硼玻璃內(nei) 加工得到定向耦合器圈。

3. 光柵

2000年,日本科技株式會(hui) 社的Kawamura K 等人首次通過兩(liang) 束紅外飛秒激光發生幹涉,在各種透明的電介質材料(如藍寶石單晶、二氧化矽玻璃等)上得到表麵浮雕全息光柵。該方法是產(chan) 生兩(liang) 束飛秒激光然後經過普通的聚焦透鏡,樣品置於(yu) 激光焦平麵。法國巴黎理工學校 Sudrie L等人利用再生放大的鈦寶石飛秒激光在熔融二氧化矽內(nei) 寫(xie) 入永久性雙折射結構,得到線寬6~7um周期為(wei) 20um的光柵。

4. 光存儲(chu)

1999年.日本QiuJ等人首次觀察到紅外飛秒脈衝(chong) 照射後的氟錯酸鹽玻璃內(nei) 的永久性光致還原現象(Eu*還原為(wei) Eu"+),該現象提供了一種具有高存儲(chu) 密度的三維光存儲(chu) 方法。2000年,日本大阪大學: Wataru Watanabe等人首次研究了飛秒激光脈衝(chong) 照射二氧化矽玻璃時對空穴的捕獲及兩(liang) 空穴的合並現象,提供了一種新的可再寫(xie) 三維光存儲(chu) 技術。

5. 各種非線性晶體(ti)

2000年,日本Kiyotaka Miura等人首次成功地利用800nm飛秒激光在 BaO-AlgOs-BgO玻璃內(nei) 部生長出具有單晶結構的BBO(偏硼酸鋇)倍頻晶體(ti) ,並觀察到入射紅外激光的藍色倍頻光3。樣品玻璃的組成是47.5BaO:5AIgOg:47.5B.Os,飛秒激光經顯微物鏡聚焦到樣品內(nei) 部,發現激光輻照部分有球形區域形成,並隨時間擴大然後變為(wei) 恒值。當停止激光輻照時,圓形麵積有輕微的縮小然後保持固定。分析認為(wei) ,球形區域的形成是由於(yu) 聚焦激光束的壓力波和局部受熱造成的。當照射10分鍾後,在焦點附近有晶體(ti) 產(chan) 生。移動激光束焦點位置可在玻璃樣品內(nei) 連續地產(chan) 生頻率變換晶體(ti) 。

6. 微光學元件

2003年,日本物理化學研究所(RIKEN)的 Ya Cheng 等人利用飛秒激光在光敏玻璃內(nei) (Foturan)製作了三維微光學元件!K。實驗中他們(men) 不僅(jin) 在玻璃內(nei) 部製作了45°內(nei) 部微型反射鏡,還製作了由三個(ge) 內(nei) 部微型反射鏡組成的光學回路,可以使光束在4mm x5mm麵積內(nei) 轉270°。實驗過程中發現,如果對樣品作退火處理,刻蝕表麵的粗糙程度會(hui) 得到很大改善,從(cong) 而也改善了光學元件的光學性能。

二.飛秒加工係統簡介

津鐳光電開發的飛秒激光微納加工係統，集成度高，體(ti) 積小；使用輕質高強的工業(ye) 級鋁作為(wei) 主體(ti) 結構，保證了係統的穩定性的同時，也更便於(yu) 運輸；光路內(nei) 置輔助模塊，使得係統光更容易定焦，同時也簡化了光路的調節。係統配置一體(ti) 化的軟件，操作簡單，可以實時觀察整個(ge) 加工過程。加工係統支持各種定製，可滿足不同應用的需求。主要應用在光纖光柵，光波導，光學超材料結構，微孔加工等方麵，可拓展到其他微納米結構加工製造，如微流控芯片，光柵，微透鏡，柔性傳(chuan) 感器，精密切割，材料表麵處理等更多應用中。Genlaser開發的激光加工係統幾乎可以應用在所有的微加工領域。