基于飛秒矢量光場陣列的微納加工研究.pdf

1、激光作為20世紀以來人類最重大的發(fā)明之一，給我們的世界帶來了很大的變化。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功率的特點，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、半導體以及電介質(zhì)材料，并能夠在透明材料內(nèi)部實現(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用

2、，如光探測與測量、光通信、光顯示技術等領域。在矢量光場（空間偏振態(tài)分布非均勻的光場）產(chǎn)生、調(diào)控技術成熟之前，應用最多的是標量光場（空間偏振態(tài)分布均勻的光場）。隨著對矢量光場研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)矢量光場具有標量光場所不具備的許多新穎特性，如緊聚焦時可獲得很強的縱向電場分量及得到超衍射極限的光斑，其與半導體硅相互作用時在表面可誘導與偏振相關的二維光柵微結(jié)構等，這些新穎特性極大的促進了矢量光場的發(fā)展及其應用的拓展。
　　隨著飛秒激光微納

3、加工技術的發(fā)展，在實際應用中對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。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，這些方法相對單光束加工來說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。針對該問題，本文我們基于矢量光場陣列提出了動態(tài)飛秒矢量光場陣列加工結(jié)構的方法，研究了其焦場調(diào)控特性并基于它進行高效微納加工。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.提出了動態(tài)飛秒矢量光場陣列的

4、新概念，給出了其理論描述；研究了動態(tài)飛秒矢量光場陣列的焦場調(diào)控原理，并給出了特定光強分布（如正六邊形、正方形、風扇葉、正八邊形、四葉草及同心多邊形等）聚焦場的設計方法。
　　2.詳細介紹了動態(tài)飛秒矢量光場陣列的實驗生成方法和原理，基于設計的動態(tài)變化的飛秒矢量光場陣列成功加工出各種形狀的微納結(jié)構。實驗上，基于光學4f系統(tǒng)和空間光調(diào)制器生成了飛秒矢量光場陣列，通過在空間光調(diào)制器上加載隨時間變化的全息光柵陣列來產(chǎn)生動態(tài)變化的飛秒矢量光場

5、陣列。通過改變單個矢量光場的橫向半徑隨旋轉(zhuǎn)角度的變化關系，獲得了具有不同焦場特征的動態(tài)飛秒矢量光場陣列，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。例如，正六邊形、正方形、風扇葉、正八邊形、四葉草及同心多邊形、類菲涅耳波帶片的結(jié)構等。基于產(chǎn)生的旋向偏振的動態(tài)飛秒矢量光場陣列，利用數(shù)值孔徑為1.45的油浸物鏡對其進行緊聚焦，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，其邊長寬度僅為0.5λ，實現(xiàn)了超衍射極限的微納加工。利