石英玻璃內(nèi)飛秒激光光刻光柵衍射效率的研究.pdf

1、因?yàn)轱w秒激光與材料相互作用時(shí)具有熱效應(yīng)區(qū)域小、加工精度高以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于光柵的制作。本文基于飛秒激光三維加工在石英玻璃內(nèi)制作了一系列的一維、二維以及立體光柵，研究飛秒激光參數(shù)以及光柵自身結(jié)構(gòu)對(duì)光柵衍射效率的影響，探索刻寫較高衍射效率以及較高密度光柵的方法和技術(shù)，全文主要包括如下三個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容:
　　1.飛秒激光和光柵刻蝕參數(shù)對(duì)平面一維光柵衍射效率的影響。(1)飛秒激光功率對(duì)光柵衍射效率的影響;(2)飛秒激光

2、偏振方向?qū)鈻叛苌湫实挠绊?研究表明，利用重復(fù)頻率為1KHz鈦寶石飛秒激光放大器在石英玻璃內(nèi)部制作一維光柵，激光偏振方向和激光功率均對(duì)光柵衍射效率有較大的影響，保持激光功率和平臺(tái)的移動(dòng)速度都不變，當(dāng)平臺(tái)的移動(dòng)方向與激光偏振方向垂直時(shí)，光柵衍射效率比當(dāng)平臺(tái)的移動(dòng)方向與激光偏振方向平行時(shí)，提高了2.83倍，改變激光功率是0.47mW-2.06mW，光柵的衍射功率先增加后減小，當(dāng)激光功率為1.6mW時(shí)，具有最好的衍射效率。
　　2.光

3、柵層數(shù)對(duì)光柵衍射效率的影響。包括(1)光柵層數(shù)對(duì)一維光柵衍射效率的影響，保持激光和光柵刻蝕參數(shù)不變，在石英玻璃內(nèi)部分別刻寫周期均勻的一維光柵，研究發(fā)現(xiàn)，隨著光柵層數(shù)的增加，光柵的衍射功率也在逐漸的增加，當(dāng)光柵層數(shù)為6時(shí)，其衍射效率比單層一維光柵的效率提高了6.7倍;(2)光柵層數(shù)對(duì)二維光柵衍射效率的影響，在相同參數(shù)下，我們分別制作了二維平面光柵和多層二維光柵，與一維光柵類似，二維光柵的衍射功率也隨著層數(shù)的增加而增加，當(dāng)光柵層數(shù)為3時(shí)，其

4、衍射效率比單層平面二維光柵的效率提高了5.15倍。
　　3.飛秒激光制作高密度光柵方法研究。研究表明，在石英玻璃內(nèi)刻寫兩層具有相同周期一維光柵，如果第二層不置于第一層正下面，而是偏移半個(gè)周期，則奇數(shù)級(jí)的衍射功率變小，而且隨著層與層之間距離的減小，這種現(xiàn)象更為明顯;以這樣的雙層光柵為一個(gè)單元，在其正下方刻寫多周期這樣的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)隨著層數(shù)的增加，奇數(shù)級(jí)的功率在逐漸的減小，偶數(shù)級(jí)的功率在不斷的增加，很好的實(shí)現(xiàn)了光柵常數(shù)減小一半、密度較高