本發明專利技術公開了一種用于刻蝕電控衍射光學器件的激光直寫刻蝕系統及利用其制備電控衍射光學器件的方法，該系統包括用于發射單束激光束的激光器、用于固定刻蝕樣品的可控載物臺、激光倍頻系統和光束整形系統，優點是通過激光倍頻系統將激光器發射的單束激光束轉換為紫外激光束，利用光束整形系統使從激光倍頻系統輸出的紫外激光束通過光束整形系統后形成為一聚焦光斑，使用時將刻蝕樣品即聚合物分散液晶光開關放置于光束整形系統輸出的聚焦光斑的焦平面上，這樣光束整形系統輸出的聚焦光斑照射于刻蝕樣品上就完成了微米級的圖案的刻蝕，不僅結構簡單，而且操作方便；該方法能夠在聚合物分散液晶光開關上刻蝕出各類一維、二維微結構及衍射光學器件。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種激光直寫技術及衍射光學器件制備技術，尤其是涉及一種用于刻蝕電控衍射光學器件的激光直寫刻蝕系統及利用其制備電控衍射光學器件的方法。
技術介紹
衍射光學器件是ー種在基片或傳統光學元件表面上刻蝕產生兩個或多個臺階深度的浮雕結構，形成同相位、同軸再現、具有極高衍射效率的ー類光 學元件。利用衍射光學元件制作的各類光學器件在光傳感、光通信、光計算、光存儲、光互連、激光醫學等諸多領域中有著廣泛的應用前景。同時，隨著信息技術、集成光學、光學傳感的快速發展，傳統的衍射光學器件已滿足不了實際的生產需求，而聚合物分散液晶(PDLC)在顯示領域有著優異特性，因此人們逐步嘗試將其用于各類衍射光學器件的設計和制作中。例如上海理工大學的莊松林等人已基于全息干涉的方法制作了一種高衍射效率的H-PDLC (全息聚合物分散液晶)體全息光柵，其還基于衍射效率理論設計并制作了一種電控聚合物分散液晶全息透鏡。然而目前，直接基于TOLC的微結構加工技術鮮有報道，大多是基于H-PDLC材料的全息光刻技術來制備各種衍射光學器件。而由于H-PDLC中往往需要額外摻入各種光敏聚合物、交聯劑等化學物質，因此相較于普通的TOLC的制作更為復雜、成本也更高，同時H-PDLC的加工精度還容易受材料本身的光刻分辨率的影響，故而H-PDLC有著較大的局限性。另外近年來，隨著大功率、窄脈寬激光器的迅速發展，激光加工技術也取得了較大的進展。一般情況下，對于紅外、近紅外的納秒激光，將其高功率激光束經透鏡匯聚后，材料中的電子通過對光子的線性吸收獲得熱能，將材料逐步熔化、蒸發去除；而對于紫外波段的準分子激光，通過材料線性吸收大能量的單個光子就可直接切斷其中的分子或原子結合鍵，在表面生成等離子體，減小了刻蝕過程中熱擴散的影響；而自上世紀90年代以來，紅外飛秒激光技術的成熟使得激光與原子、分子、離子、自由電子、團簇以及等離子體的相互作用研究進入到ー個高度非線性的場強范圍。因此，在幾乎所有材料中價電子均可通過非線性機制電離，如多光子電離和雪崩電離，從而導致材料的永久改變。特別是紫外超快激光技術的成熟，進ー步減小了一般紅外飛秒激光刻蝕過程中的熱擴散影響，進ー步提高了刻蝕精度和刻蝕圖案的質量。可見，對于電控衍射光學器件來說，傳統的在H-PDLC上采用全息光刻的方法具有一定的局限性，而激光直寫技術操作靈活簡便，刻蝕圖形豐富，并且隨著大功率紫外超快激光技術的完善，如何在TOLC基礎上刻蝕各類ー維、ニ維微結構及衍射光學器件，已成為衍射光學器件發展的一個值得解決的問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、操作方便快捷的用于刻蝕電控衍射光學器件的激光直寫刻蝕系統，及ー種利用該激光直寫刻蝕系統制備電控衍射光學器件的方法，該方法操作靈活簡單，能夠方便、快速的在聚合物分散液晶光開關上刻蝕出各類ー維、ニ維微結構及衍射光學器件。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為一種激光直寫刻蝕系統，包括用于發射單束激光束的激光器和用于固定刻蝕樣品的可控載物臺，其特征在于還包括 激光倍頻系統，將所述的激光器發射的單束激光束轉換為紫外激光束； 光束整形系統，從所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束通過所述的光束整形系統后形成為ー聚焦光斑，所述的刻蝕樣品位于所述的光束整形系統輸出的聚焦光斑的焦平面上，所述的光束整形系統輸出的聚焦光斑照射于所述的刻蝕樣品上完成微米級的圖案的刻蝕； 所述的刻蝕樣品為聚合物分散液晶光開關。所述的光束整形系統包括可調光闌和顯微物鏡，所述的可調光闌的中心與所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束的中心對準，所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束依次通過所述的可調光闌和所述的顯微物鏡后形成為ー聚焦光斑。所述的光束整形系統包括可調光闌、反射鏡和顯微物鏡，所述的可調光闌的中心與所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束的中心對準，所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束通過所述的可調光闌后入射到所述的反射鏡上，所述的反射鏡反射的紫外激光束通過所述的顯微物鏡匯聚后形成為ー聚焦光斑。所述的聚合物分散液晶光開關包括兩塊ITO導電玻璃和設置于兩塊所述的ITO導電玻璃的導電面之間且厚度均勻的聚合物分散液晶薄膜。所述的ITO導電玻璃的厚度不超過所述的顯微物鏡的焦距。所述的可調光闌的孔徑略小于所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束的直徑。所述的反射鏡與所述的可調光闌輸出的紫外激光束成45度角。所述的激光器采用飛秒激光器；所述的激光倍頻系統采用激光二倍頻系統或激光三倍頻系統；所述的可控載物臺采用ニ維或三維手動微位移平臺，或采用ニ維或三維電動微位移平臺。ー種利用上述的激光直寫刻蝕系統制備電控衍射光學器件的方法，其特征在于包括以下步驟 ①開啟激光器和激光倍頻系統； ②調整光束整形系統，使光束整形系統中的可調光闌的中心與激光倍頻系統輸出的紫外激光束的中心對準，且調節可調光闌的孔徑使其略小于激光倍頻系統輸出的紫外激光束的直徑，以濾除雜散光； ③將刻蝕樣品固定于可控載物臺上，并使刻蝕樣品位于光路中； ④調整刻蝕樣品的水平方向和豎直方向的位置，直至刻蝕樣品上出現強烈的閃光，以表明聚焦光斑在刻蝕樣品上； ⑤遮蔽激光器發射的單束激光束，向垂直于單束激光束傳播方向的方向水平位移刻蝕樣品2 3cm ； ⑥暴露激光器發射的單束激光束，微調刻蝕樣品的水平方向和豎直方向的位置，直至刻蝕樣品上出現強烈的閃光，以表明聚焦光斑在刻蝕樣品上；⑦遮蔽激光器發射的單束激光束，向刻蝕樣品前一次水平位移的反方向水平位移刻蝕樣品2 3cm ； ⑧重復執行步驟⑥和步驟⑦的聚焦光斑校準過程，直至刻蝕樣品位于光束整形系統輸出的聚焦光斑的焦平面上； ⑨利用光束整形系統輸出的聚焦光斑照射于刻蝕樣品的兩個聚焦光斑之間的區域上，形成微米級的圓孔圖案，得到的刻蝕有圓孔圖案的刻蝕樣品為制備成的電控衍射光學器件。 所述的步驟⑨中在刻蝕完ー個圓孔圖案后，通過向垂直于單束激光束傳播方向的方向水平和/或垂直位移刻蝕樣品，再利用光束整形系統輸出的聚焦光斑刻蝕出圓孔圖案，得到刻蝕有多個規則排列的圓孔圖案的刻蝕樣品。與現有技術相比，本專利技術的優點在于 I)本專利技術的激光直寫刻蝕系統利用ー個光束整形系統使從激光倍頻系統輸出的紫外激光束通過光束整形系統后形成為ー聚焦光斑，使用時將刻蝕樣品即聚合物分散液晶光開關放置于光束整形系統輸出的聚焦光斑的焦平面上，這樣光束整形系統輸出的聚焦光斑照射于刻蝕樣品上就完成了微米級的圖案的刻蝕，不僅結構簡単，無需復雜的對焦、成像系統，而且操作方便快捷。2)本專利技術的激光直寫刻蝕系統中的光束整形系統僅包括一個可調光闌和ー個顯微物鏡，或包括ー個可調光闌、ー個反射鏡和ー個顯微物鏡，其利用顯微物鏡匯聚后形成的聚焦光斑在聚合物分散液晶光開關上所產生的閃光現象來進行初始的焦點校準，而無需使用專門的對焦模塊，大大筒化了激光直寫刻蝕系統的結構，同時也使得操作更為方便快捷。3)本專利技術的制備電控衍射光學器件的方法，與現有的基于H-PDLC所采用的全息光刻的方法相比，其具有靈活、快速、可制備圖形豐富、無需復雜后處理工藝等優點，能夠在聚合物分散液晶光開關上刻蝕出各類ー維、ニ維微結構及衍射光學器件。附圖說明圖Ia為本專利技術的激光直寫刻蝕系統的結構示意圖ー； 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于刻蝕電控衍射光學器件的激光直寫刻蝕系統，包括用于發射單束激光束的激光器和用于固定刻蝕樣品的可控載物臺，其特征在于還包括：激光倍頻系統，將所述的激光器發射的單束激光束轉換為紫外激光束；光束整形系統，從所述的激光倍頻系統輸出的紫外激光束通過所述的光束整形系統后形成為一聚焦光斑，所述的刻蝕樣品位于所述的光束整形系統輸出的聚焦光斑的焦平面上，所述的光束整形系統輸出的聚焦光斑照射于所述的刻蝕樣品上完成微米級的圖案的刻蝕；所述的刻蝕樣品為聚合物分散液晶光開關。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張斌，潘雪豐，胡銀燦，陶衛東，董建峰，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：
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