微孔/微通道结构是日常生活中一种非常常见的结构,在微流体器件、三维封装技术、航空航天、传感器等领域都具有广泛的应用。玻璃材料,凭借其良好的透光性、化学稳定性、热稳定性、力学性能等,在各个领域也都得到了广泛的应用。特别是在微流体器件领域,玻璃可能是最理想的基底材料,但如何在玻璃上加工微通道却成为了一个难题。传统的如电火花、电化学、电子束、离子束加工等加工方法由于要求材料导电、低效率、复杂性、高成本等原因,并不适用于在玻璃上制备微通道。飞秒激光凭借超快超强的特点,可以实现在玻璃上高精度、高质量的三维加工微通道。但是,现在常用的飞秒激光微通道加工手段在玻璃中加工微通道都存在一定的缺陷。高斯叩击加工受到碎屑喷发和微孔孔型的影响,加工深度和质量都受到限制;水辅助激光加工和激光改性辅助化学刻蚀都要求激光扫描加工,这两种方法的加工效率和加工深度会受到平移台扫描速度和激光重复频率的限制,且横向扫描还会造成微通道截面的非对称。空间整形的飞秒激光贝塞尔光束凭借超长焦深、小直径、均匀的能量分布、自愈性的特点,可以实现原位加工,在提高微通道加工效率方面有很大优势。但是,由于玻璃材料的高阈值,以及飞秒激光贝塞尔光束在加工玻璃时的低能量沉积效率,很难在材料内部直接烧蚀形成微通道或者有效的改性。因此,目前在玻璃中高效加工微通道的难点及挑战就在于如何提高贝塞尔光束加工过程中的能量沉积效率,实现直接烧蚀形成微通道;或提高材料改性程度,以提高微通道刻蚀效率。实现高效加工微通道。本文基于本课题组提出的基于电子动态调控的基本思想,提出了基于飞秒激光时空整形的微通道加工方法。在空间上将高斯光束整形成贝塞尔光束,改变激光光场分布,提高激光焦深;在时间上将单脉冲整形成双脉冲序列,调控激光加工过程中的瞬时局部电子动态。通过将时间整形技术与空间整形技术相结合,并结合化学刻蚀技术,大大提高了微通道制备速度。本论文的主要创新点如下:1.提出了飞秒激光时空整形微通道加工方法。本论文中利用锥透镜将高斯光束整形形成贝塞尔光束,大大提高了激光焦深,实现在加工高深径比微通道时的原位加工;根据几何分光的原理,利用迈克尔逊系统将单脉冲整形成双脉冲序列,基于电子动态调控的原理提高激光能量沉积效率。论文中将空间整形方法与时间整形方法结合,搭建了时空整形加工光路。2.利用时空整形飞秒激光直写加工透明材料(有机玻璃、熔融石英、康宁玻璃),对比分析了不同材料在激光作用下的加工结果。在有机玻璃上实现了直径2μm,深度660μm,深径比高达330:1的微孔加工;在熔融石英和康宁玻璃上通过调节激光能量和脉冲延时,实现不同类型加工结构间的灵活转换,并在康宁玻璃上实现了微孔直径～400 nm,微孔深度～45μm,深径比大于100:1的高深径比微孔结构。此种方法利用单脉冲烧蚀形成微通道,大大提高了加工效率。3.利用时空整形飞秒激光改性辅助化学刻蚀的方法,在熔融石英上实现了高效刻蚀加工微通道。双脉冲贝塞尔光束辅助化学刻蚀与单脉冲贝塞尔光束辅助化学刻蚀相比,发现在脉冲延时20-40ps之间时,由于自陷激子的促进作用,微通道刻蚀速度提高了13倍。4.利用激光扫描显微拉曼技术对双脉冲贝塞尔光束改性区域进行了检测表征,发现了材料内部改性程度(4环结构)随激光脉冲延时的变化与刻蚀深度随激光脉冲延迟的变化一致。证明了材料改性程度与刻蚀速率之间的正相关关系。并结合自陷激子寿命,揭示了激光能量沉积效率与材料改性程度之间的关系。