基于飛秒矢量光場(chǎng)陣列的微納加工研究.pdf

1、激光作為20世紀(jì)以來(lái)人類最重大的發(fā)明之一，給我們的世界帶來(lái)了很大的變化。特別是隨著飛秒激光這種更為奇特的激光的出現(xiàn)，使光在人們的生產(chǎn)、生活當(dāng)中扮演著日益重要的角色。飛秒激光因其具有超短脈沖和非常高的瞬時(shí)功率的特點(diǎn)，常用于激光微納加工中。與傳統(tǒng)微加工的方法相比，飛秒激光加工材料的范圍更廣泛,包括金屬、半導(dǎo)體以及電介質(zhì)材料，并能夠在透明材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)三維加工。
　　偏振作為光固有的基本屬性，在光的傳播及光與物質(zhì)相互作用方面都有重要的應(yīng)用

2、，如光探測(cè)與測(cè)量、光通信、光顯示技術(shù)等領(lǐng)域。在矢量光場(chǎng)（空間偏振態(tài)分布非均勻的光場(chǎng)）產(chǎn)生、調(diào)控技術(shù)成熟之前，應(yīng)用最多的是標(biāo)量光場(chǎng)（空間偏振態(tài)分布均勻的光場(chǎng)）。隨著對(duì)矢量光場(chǎng)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)矢量光場(chǎng)具有標(biāo)量光場(chǎng)所不具備的許多新穎特性，如緊聚焦時(shí)可獲得很強(qiáng)的縱向電場(chǎng)分量及得到超衍射極限的光斑，其與半導(dǎo)體硅相互作用時(shí)在表面可誘導(dǎo)與偏振相關(guān)的二維光柵微結(jié)構(gòu)等，這些新穎特性極大的促進(jìn)了矢量光場(chǎng)的發(fā)展及其應(yīng)用的拓展。
　　隨著飛秒激光微納

3、加工技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)微加工效率提出了更高的要求，因此如何提高激光微納加工的效率成為研究的熱點(diǎn)。為了提高加工效率，人們陸續(xù)提出了多光束干涉、多光束并行加工等方法，這些方法相對(duì)單光束加工來(lái)說(shuō)雖然提高了加工效率，但是在加工的靈活性方面往往還有所欠缺。針對(duì)該問(wèn)題，本文我們基于矢量光場(chǎng)陣列提出了動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列加工結(jié)構(gòu)的方法，研究了其焦場(chǎng)調(diào)控特性并基于它進(jìn)行高效微納加工。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.提出了動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列的

4、新概念，給出了其理論描述；研究了動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列的焦場(chǎng)調(diào)控原理，并給出了特定光強(qiáng)分布（如正六邊形、正方形、風(fēng)扇葉、正八邊形、四葉草及同心多邊形等）聚焦場(chǎng)的設(shè)計(jì)方法。
　　2.詳細(xì)介紹了動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列的實(shí)驗(yàn)生成方法和原理，基于設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)變化的飛秒矢量光場(chǎng)陣列成功加工出各種形狀的微納結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)上，基于光學(xué)4f系統(tǒng)和空間光調(diào)制器生成了飛秒矢量光場(chǎng)陣列，通過(guò)在空間光調(diào)制器上加載隨時(shí)間變化的全息光柵陣列來(lái)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的飛秒矢量光場(chǎng)

5、陣列。通過(guò)改變單個(gè)矢量光場(chǎng)的橫向半徑隨旋轉(zhuǎn)角度的變化關(guān)系，獲得了具有不同焦場(chǎng)特征的動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列，并用于微納加工，在鈮酸鋰內(nèi)部制備了不同的微納結(jié)構(gòu)。例如，正六邊形、正方形、風(fēng)扇葉、正八邊形、四葉草及同心多邊形、類菲涅耳波帶片的結(jié)構(gòu)等?；诋a(chǎn)生的旋向偏振的動(dòng)態(tài)飛秒矢量光場(chǎng)陣列，利用數(shù)值孔徑為1.45的油浸物鏡對(duì)其進(jìn)行緊聚焦，然后入射到鈮酸鋰晶體內(nèi)部制備出六邊形和四邊形的微納結(jié)構(gòu)，其邊長(zhǎng)寬度僅為0.5λ，實(shí)現(xiàn)了超衍射極限的微納加工。利