Technológia priameho zápisu femtosekundovým laserom je druh technológie mikro-nano spracovania, ktorá dokáže sústrediť pulzný laserový lúč na povrch alebo vnútri materiálu a spôsobiť zmenu lokálnych vlastností materiálu prostredníctvom nelineárnej interakcie lasera s materiál v ohniskovej oblasti, ktorý bol široko používaný v mnohých oblastiach, ako je mikrofluidika, mikro-nano fotonika, integrovaná optika atď. Tradičná technológia priameho písania femtosekundovým laserom má problém asymetrie medzi rozlíšením priečneho spracovania a axiálnym rozlíšením a axiálne rozlíšenie je zjavne predĺžené, čo do určitej miery obmedzuje použitie femtosekundového lasera v trojrozmernom spracovaní. V posledných rokoch, aby sa vyrovnal rozdiel medzi laterálnym a axiálnym rozlíšením priameho zápisu femtosekundovým laserom, bolo navrhnutých niekoľko techník tvarovania lúča, ako je technika tvarovania štrbiny, technika tvarovania astigmatizmu a technika ožarovania krížovým lúčom. Žiadna z týchto techník však nemôže dosiahnuť trojrozmerné izotropné spracovanie založené na jedinej šošovke objektívu.
Techniky časopriestorového zaostrovania boli pôvodne vyvinuté pre aplikácie biozobrazovania a používali sa v oblasti mikroobrábania femtosekundovým laserom. Femtosekundová laserová technológia časopriestorového zaostrovania poskytuje nový rozmer dočasného zaostrovania, čo mu umožňuje vyniknúť pri zlepšovaní axiálneho rozlíšenia výroby a eliminácii nelineárnych efektov samozaostrovania. Mechanizmus technológie časopriestorového zaostrovania spočíva v tom, že: rôzne spektrálne zložky femtosekundového lasera sú priestorovo rozptýlené cez mriežkové páry, priestorovo rozptýlené svetlo je potom zaostrené cez šošovku objektívu, rôzne spektrálne zložky sú rekombinované v ohnisku a šírka impulzu sa obnoví na femtosekundový rád.
V súčasnosti je väčšina existujúcich štúdií o trojrozmernom mikroobrábaní s femtosekundovým laserovým časopriestorovým zaostrovaním založená na širokopásmových titánových drahokamových laseroch s nízkou frekvenciou opakovania a nízka frekvencia opakovania obmedzuje rýchlosť laserového spracovania, takže použitie technológie časopriestorového zaostrovania na vysokofrekvenčný femtosekundový laserový svetelný zdroj je nevyhnutnou požiadavkou, aby sa súčasne splnili požiadavky na vysokoúčinné, trojrozmerné anizotropné spracovanie. Šírka pásma vysokofrekvenčných femtosekundových laserových zdrojov je však zvyčajne úzka, objem priestorovej disperzie prináša veľké množstvo negatívnych časových pípnutí a samotný laser nemôže poskytnúť dostatočnú časovú kompenzáciu, čo má za následok, že šírka impulzu v ohnisku nie je je možné obnoviť na femtosekundový rád, čo obmedzuje použitie technológie časopriestorového zaostrovania na vysokofrekvenčné laserové spracovanie. Preto je potrebné, aby trojrozmerné izotropné spracovanie založené na vysokofrekvenčnom femtosekundovom laserovom priestoročasovom zaostrovaní poskytovalo dodatočnú časovú kompenzáciu.
Najdôležitejšie poznatky z výskumu
Tím Prof. Yangjian Cai z Shandong Normal University a Prof. Ya Cheng z East China Normal University spolupracovali na návrhu schémy kompenzácie času mimo dutiny pre vysokofrekvenčné lasery, ktorá realizuje vysokoúčinné, trojrozmerné izotropné obrábanie. založené na časopriestorovej fokusačnej technike vysokofrekvenčných femtosekundových laserových svetelných zdrojov. V tejto práci sa Martinezov rozširovač impulzov zabudovaný mimo lasera používa na zavedenie veľkého počtu časovo pozitívnych pípnutí na rozšírenie šírky impulzu na rádovo pikosekundovú veľkosť a potom na priestorovú disperziu jednopriechodového mriežkového kompresora (mriežka pár) a zaostrenie šošovky objektívu zaisťuje rekombináciu rôznych spektrálnych zložiek v ohnisku so šírkou impulzu vo femtosekundovom ráde. Experimentálny systém je znázornený na obr.
1 Schematický diagram trojrozmerného zariadenia na izotropné spracovanie založeného na technológii vysokofrekvenčného femtosekundového lasera časopriestorového zaostrovania Obr.
Je dobre známe, že účinok spracovania femtosekundovým laserom je ovplyvnený smerom spracovania, energiou impulzu a hĺbkou spracovania atď. Aby bolo možné overiť, či má časopriestorové zaostrovacie zariadenie schopnosť trojrozmerného izotropného spracovania, tím prof. Yangjian Cai a tím Prof. Cheng Ya demonštrovali optický prierez zariadenia v rôznych smeroch, v rôznych hĺbkach a spracovaných rôznymi pulznými energiami vo vnútri fotosenzitívneho skla (ako je znázornené na obr. 2). Experimentálne výsledky ukazujú, že rozlíšenie v rôznych smeroch je rovnaké a kruhové a rozlíšenie 3D izotropného spracovania (8-22 μm) je úmerné energii impulzu a necitlivé na hĺbku spracovania. Význam tejto práce spočíva predovšetkým v kombinácii vysokej efektivity spracovania a plynule nastaviteľného rozlíšenia 3D izotropného spracovania, ktoré poskytuje nový technický prostriedok pre laserové spracovanie.
Obr. 2 Vplyv rôznych smerov, energií impulzov a hĺbky spracovania na rozlíšenie spracovania časového zaostrovacieho systému.
Aby bolo možné intuitívnejšie demonštrovať trojrozmernú výrobnú schopnosť časopriestorového zaostrovacieho zariadenia, výskumný tím skombinoval časopriestorovú zaostrovaciu technológiu s postchemickou koróznou metódou na výrobu rôznych trojrozmerných izotropných mikrofluidných štruktúr vo vnútri. fotosenzitívne sklo. V porovnaní s tradičným laserovým spracovaním má zariadenie výhody vysokej účinnosti, plynule nastaviteľného rozlíšenia 3D izotropného spracovania, necitlivosti na hĺbku spracovania atď. Očakáva sa, že výsledky tohto výskumu budú aplikované na 3D mikrofluidný čip, výrobu fotonických čipov ako aj laserová 3D tlač a ďalšie oblasti.
