基于LCoS整形飞秒激光微纳加工若干问题研究

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飞秒激光微纳加工技术具有非常良好的应用前景,目前传统的加工装置为激光直写系统,但是加工效率低下,不能满足批量生产的需求。将其与计算全息技术相结合,利用空间光调制器加载计算全息图实现并行加工设计,可以发展出高效率、高分辨率,热影响小和多尺度的微纳加工,这对飞秒激光微纳加工的广泛应用和产业化起到积极推广的作用。因此,基于空间光调制器整形飞秒激光的方法引起了广泛的关注,它即为更好地实现微结构的加工提供了方法,也为研究具有新颖特性的飞秒激光光场提供了途径。本文在现有加工系统的基础上提出了新的并行加工方法,对其中的关键问题进行了理论和实验研究,为今后开展全息调制飞秒激光矢量场的研究做了一些前期工作。本文课题来源于安徽省自然科学基金重点项目(1308085ME76)和国家自然科学基金重点项目(51275502)。本论文的主要研究内容如下:介绍了计算全息技术在微纳加工以及矢量光场的研究现状,对读研期间所跟踪的相关课题组的研究成果进行了综述。接着,在现有的双光子直写加工系统中,引入空间光调制器搭建了一套满足实验需求的飞秒激光全息并行加工系统,并对实验所用生成傅里叶全息图的GS算法进行简单分析与优化。针对像素化SLM自身结构的问题,首先从理论上分析了引起零级光和多级再生像的原因,接着利用数字闪耀光栅将一级再现像移动至零级极大位置从而提高入射光的能量利用率,最后分析了四种配合高通滤波器来消除零级光干扰的措施,它们分别为叠加发散波球面因子、会聚波球面因子、线性相位因子以及综合使用三种相位因子。成像实验和图案式加工实验均验证了该方法的合理性。针对具有新特性的飞秒激光光场的研究,首先仿照前期调研内容,搭建了一套基于空间光调制器和4f相干系统产生矢量光场的系统。由于物镜数值孔径NA较大时,物镜的孔障,去极化以及像差等影响无法忽略,于是引入德拜衍射理论分析了这些影响的形成原因,为后续的补偿工作打下基础。最后运用matlab仿真,观察了径向偏振光和旋向偏振光在高数值孔径下聚焦光场的形貌特征。这些工作将为课题组的后续工作提供一定的帮助。
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