利用飞秒激光制备微光栅微透镜的研究

摘要

纳米技术的发展使微光学器件在通信、存储、成像、传感中得到了广泛应用。其中，微光栅、微透镜阵列等微光学元件正在成为人们研究的热点。为此，如何制备性能更好的微透镜阵列及光栅成为目前人们的迫切需求。
　　飞秒激光是一种超短脉冲激光，其峰值功率非常高，且作用区域小，是一种十分优良的微加工手段可以实现非热熔性加工，而且加工成形后的表面非常光滑，所以已成为加工微光栅和微透镜阵列的方法之一。
　　本文利用飞秒激光器和微位移平台搭建的激光直写系统，在聚碳酸酯表面加工了徼光栅。研究了聚碳酸酯表面加工线宽与激光能量之间的关系。并且研究了不同显微物镜的数值孔径对加工线宽的影响。
　　此外，搭建了双光束干涉加工系统。利用朗奇光栅对入射光分束，通过对曝光时间的控制，在聚碳酸酯材料表面加工了多组光栅结构。研究了激光脉冲对光栅形貌的影响。
　　用上述直写系统在聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯表面烧蚀了微孔结构，对比了两种材料上的烧蚀效果。研究了激光参量对微孔直径的影响。最后，选取PC材料，制备了大量的微凹透镜阵列，并测试了微凹透镜阵列的成像性能。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 飞秒激光加工技术简介

1．2 飞秒激光在微加工领域的应用

1．2．1 激光烧蚀微加工

1．2．2 双光子聚合微加工

1．3 制备微光栅微透镜阵列的发展现状

1．3．1 光栅的制备进展

1．3．2 微透镜的制备进展

1．4 本课题的目的与意义

第2章 飞秒激光与物质作用的原理

2．1 飞秒激光与介质材料的作用原理

2．1．1 飞秒激光脉冲的特征及传输

2．1．2 多光子电离和雪崩电离

2．1．3 库仑爆炸

2．1．4 双光子聚合

2．2 飞秒激光与物质作用产生的效果

2．2．1 激光烧蚀

2．2．2 微爆炸

2．2．3 色心缺陷

2．2．4 折射率改变

2．2．5 自组装周期结构

2．3 本章小结

第3章 飞秒激光制备微光栅

3．1 飞秒激光三维微加工实验系统

3．1．1 飞秒激光光源

3．1．2 光路传输单元

3．1．3 显微镜系统

3．1．4 三维移动平台

3．2 PC材料的特性

3．3 加工参数对光栅表面形貌的影响

3．3．1 光栅线宽与数值孔径的关系

3．3．2 光栅线宽与激光能量的关系

3．4 双光束干涉原理

3．5 干涉法制备微光栅的前期准备

3．5．1 实验装置

3．5．2 工艺过程

3．6 干涉法制备微光栅的研究

3．7 本章小结

第4章 飞秒激光制备微透镜阵列的研究

4．1 直写微凹透镜阵列的原理

4．2 材料的选择

4．2．1 加工参量对PMMA形貌的影响

4．2．2 加工参量对PC形貌的影响

4．2．3 PMMA与PC材料的对比研究

4．3 微透镜阵列的表面形貌研究

4．3．1 微透镜直径与激光能量的关系

4．3．2 微透镜直径与数值孔径的关系

4．4 实验结果理论分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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