一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109590606A(43)申请公布日2019.04.09(21)申请号201910036351.0(22)申请日2019.01.15(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人姜澜徐之劼李晓炜(74)专利代理机构北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人邬晓楠(51)Int.Cl.B23K26/064(2014.01)B23K26/046(2014.01)B23K26/06(2014.01)权利要求书2页说明书3页附图2页(54)发明名称一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法(57)摘要本发明涉及一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法，属于激光应用技术领域。反射式相位型液晶空间光调制器能够对入射光进行相位调制，使得反射光在空间上具有指定的相位分布，同时利用一个狭缝对相位整形后的光束进行振幅整形，从而实现对初始光束的相位、振幅的协同整形。协同整形后的光束经过聚焦物镜聚焦后，形成具有不同结构参数的多光点光束。利用产生多光点光束在指定材料上进行加工，光强较强区域可以实现材料去除，而较弱区域则会保留，从而能够获得蝶形纳米缝隙。该方法所需搭建光路简单，使用方便，无需掩膜和真空环境，加工成本低，加工效率高，在激光微纳结构加工领域中起到重要的作用。CN109590606ACN109590606A权利要求书1/2页1.一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法，其特征在于：飞秒激光入射到反射式相位型液晶空间光调制器上时，光束的光场分布被改变；通过在反射式相位型液晶空间光调制器上加载相位对入射光进行相位调制，将光场整形为多个光点，每相邻两个光点之间带有狭长暗区；光束经过两个凸透镜后进入狭缝，通过反射式相位型液晶空间光调制器与狭缝的协同整形后的光束进入聚焦物镜，聚焦到带加工样品表面，即可加工出蝶形纳米缝隙。2.如权利要求1所述的一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法，其特征在于：所述光点的数量为偶数；所加载的相位为：其中，τ是所加载相位，θ是极坐标的极角，k和n为自然数，其中k＝0,1,2……m，n为子光场数目，为偶数，m＝n/2-1。3.如权利要求1所述的一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法，其特征在于：所示狭缝能够对相位整形后的光束进行振幅整形，从而实现对于光束的相位、振幅协同整形，协同整形使得获得的整形光束在形状和尺寸上具有很大的灵活性；利用物镜对该整形光束进行聚焦之后，聚焦光束在传递过程中会发生衍射，衍射之后光束变为多光点光束；控制待加工材料位于聚焦物镜的焦平面上，利用多光点光束在指定材料上进行聚焦，由于暗区的材料会保留而其他区域的材料则在极短的时间内会激发大量自由电子，从而引发材料发生相变，最终实现材料的去除；在去除区域因而能获得纳米缝隙，而协同整形光束则保证了所形成的纳米缝隙形状呈现蝶形；在光路中放置能量调节装置可以控制获得的纳米缝隙的尺寸，而控制狭缝装置的宽度可以控制蝶形纳米缝隙的形状。4.实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：主要由能量调节装置、反射式相位型液晶空间光调制器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、狭缝装置和聚焦物镜组成；入射光束经过能量调节装置后进入反射式相位型液晶空间光调制器进行相位整形，整形后的光束经过第一平凸透镜和第二平凸透镜之后被无衍射地传递到狭缝装置处。5.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述狭缝装置与第二平凸透镜的距离应为第二平凸透镜的焦距。6.如权利要求4所述装置，其特征在于：所述第一平凸透镜与反射式相位型液晶空间光调制器的距离应为第一平凸透镜的焦距；第一平凸透镜与第二平凸透镜的距离应为第一平凸透镜的焦距或第二平凸透镜的2倍。7.如权利要求4或5或6所述装置，其特征在于：工作过程为：(1)飞秒激光器放大级产生高斯激光，通过能量调节装置进行能量控制；(2)高斯激光以小角度入射到反射式相位型液晶空间光调制器上；(3)通过计算机在空间光调制器上加载相位，对高斯光进行相位整形；(4)通过两个相同焦距的平凸透镜构成的4f系统对光束进行搬运，消除衍射影响；(5)在物镜之前放置狭缝装置，对相位整形光束进行进一步振幅整形；(6)利用物镜对光束进行聚焦，在焦点处获得多光点光束；2CN109590606A权利要求书2/2页(7)用多光点光束加工指定材料，获得蝶形纳米缝隙。3CN109590606A说明书1/3页一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法技术领域[0001]本发明涉及一种飞秒激光相位振幅协同整形加工蝶形纳米缝隙的方法，属于激光应用技术领域。背景技术[0002]近些年来，纳米缝隙在生物传感、光电子还有纳米光学等领