隨著飛秒激光技術(shù)的不斷革新,飛秒激光在材料加工領(lǐng)域扮演了越來越重要的角色。飛秒激光具有超短的激光脈沖和超高的能量密度,應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域可將加工精度達(dá)到納米級(jí),可實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的超精細(xì)加工。傳統(tǒng)的飛秒激光微加工一般采用單點(diǎn)掃描的加工方式,這種加工方式的加工效率比較低下,加工過程比較緩慢。為了提高激光微加工的效率,研究者們提出將激光進(jìn)行分束進(jìn)行并行激光微加工的方法�？臻g光調(diào)制器（SLM）因其能夠更為方便靈活的對(duì)激光聚焦光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控,使其在飛秒激光微加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。所以如何使用空間光調(diào)制器對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行精確靈活的調(diào)控成為人們研究的熱點(diǎn)問題。使用空間光調(diào)制器對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì),需要相應(yīng)的算法計(jì)算出所需光場(chǎng)的相位信息。傳統(tǒng)的相位迭代算法,大多針對(duì)標(biāo)量光場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì),無法根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)矢量光場(chǎng)進(jìn)行靈活、精確的調(diào)控,所以傳統(tǒng)的相位迭代算法存在較大的應(yīng)用局限性。本文根據(jù)物鏡聚焦系統(tǒng)的矢量衍射積分理論,推導(dǎo)出了高數(shù)值孔徑物鏡聚焦系統(tǒng)的矢量傅里葉變換關(guān)系�；谶@種矢量的傅里葉變換關(guān)系,設(shè)計(jì)了一種針對(duì)矢量光場(chǎng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦系統(tǒng)的矢量G-S迭代優(yōu)化算法。此算法充分考慮了聚焦系統(tǒng)的矢量特性,并且在算法迭... 

【文章來源】：魯東大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙光子聚合加工的微器件[40]

魯東大學(xué)碩士學(xué)位論文3為期望形狀的陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行微納激光加工[67]。基于SLM的方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)靈活地調(diào)控微納加工的結(jié)構(gòu)，而且還能夠顯著地提高加工的效率[68-69]。圖1.2空間光調(diào)制器產(chǎn)生多焦點(diǎn)陣列光路示意圖[70]2008年，日本德島大學(xué)的研究者們通過使用SLM將激光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生出多焦點(diǎn)陣列，進(jìn)行了雙光子聚合加工的實(shí)驗(yàn)，通過控制激光焦點(diǎn)的空間位置，可以實(shí)現(xiàn)不同線寬結(jié)構(gòu)的加工，同時(shí)在工作臺(tái)移動(dòng)的過程中，動(dòng)態(tài)加載計(jì)算全息圖，可以實(shí)現(xiàn)圖案結(jié)構(gòu)的加工，使用SLM所生成的多焦點(diǎn)陣列間距可以達(dá)到230nm[71]。日本的MasahiroYamaji等人在2009年通過在飛秒激光加工系統(tǒng)的光路中添加相位板對(duì)激光光束進(jìn)行調(diào)制的方式，在焦場(chǎng)生成了按空間三維螺旋線分布的24個(gè)焦點(diǎn)[72]。奧地利和英國的研究者們?cè)?010年通過補(bǔ)償飛秒激光加工過程中因折射率失配所產(chǎn)生球差的這種方法，使得不同空間位置處焦點(diǎn)的均勻性得到了大大提高[73]。在2010年，德國漢諾威激光中心通過使用空間光調(diào)制器有序的加載不同多焦點(diǎn)陣列的相位圖，成功產(chǎn)生出可以按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行變換的多焦點(diǎn)陣列，通過結(jié)合三維工作臺(tái)的移動(dòng)，成功在光刻膠內(nèi)部加工出了多條相互交叉的曲線[74]；在2011年，該激光中心通過使用空間光調(diào)制器將飛秒激光分為了16束，同時(shí)進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)的并行加工[75]。2014年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的張晨初等人使用多張相位圖疊加曝光的方式將并行加工結(jié)果的質(zhì)量大大提高[76]。

基于光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)的飛秒激光并行加工技術(shù)研究4圖1.3多張相位圖疊加曝光加工[76]2015年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊亮等人利用SLM將飛秒激光調(diào)制為線、面光場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)的單次曝光加工，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)貝塞爾光束參數(shù)的靈活控制，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了微管道結(jié)構(gòu)加工[77]。2017年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)饒生龍等人通過加載閃耀光柵全息圖以及通過控制全息圖挖空區(qū)域來實(shí)現(xiàn)控制激光能量的方法，實(shí)現(xiàn)了能量可控且無需三維臺(tái)移動(dòng)的動(dòng)態(tài)激光加工[78]。圖1.4閃耀光柵控制焦點(diǎn)位置、挖空全息圖控制焦斑能量[78]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]飛秒激光直寫銅微電極研究[J]. 廖嘉寧,王欣達(dá),周興汶,李立航,郭偉,彭鵬.  中國激光. 2019(10)
[4]高功率綠光飛秒激光誘導(dǎo)產(chǎn)生鈦表面周期性微結(jié)構(gòu)[J]. 秦曉陽,黃婷,肖榮詩.  中國激光. 2019(10)
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[7]Phase-only stereoscopic hologram calculation based on Gerchberg–Saxton iterative algorithm[J]. 夏心怡,夏軍.  Chinese Physics B. 2016(09)
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[9]飛秒激光全息加工光學(xué)系統(tǒng)搭建與分析[J]. 方致偉,蘇亞輝,汪超煒,楊亮,汪金禮.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[10]激光納米制造技術(shù)的應(yīng)用(邀請(qǐng)論文)[J]. 鐘敏霖,范培迅.  中國激光. 2011(06)

博士論文
[1]基于空間光調(diào)制器的飛秒激光并行加工技術(shù)研究[D]. 楊亮.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[2]矢量光場(chǎng)與光鑷的研究[D]. 陳浩.南京大學(xué) 2012

碩士論文
[1]基于相位全息圖的飛秒激光并行加工方法研究[D]. 胡勇濤.湖北工業(yè)大學(xué) 2016



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