本文關鍵詞：基于相位全息圖的飛秒激光并行加工方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛秒微加工是激光加工領域中的前沿技術,具有加工精度高,熱影響小和加工材料廣泛等優(yōu)點,而且能實現三維的微細加工,在制作光波導、分束器和耦合器等領域都具有重要應用,但是飛秒激光微加工最大的缺點是加工效率低下,能量利用率低,傳統(tǒng)的微加工只需要微焦級別的單脈沖能量,激光器輸出的能量一般都是毫焦級別的,能量利用率不足0.1%。本文利用空間光調制器(Spatial Light Modulator,SLM)的并行加工方法,通過SLM產生多光束,把一個高能量光束分解為微焦級別的多光束,利用飛秒激光在PMMA材料內部進行直寫光柵的研究,獲得了光柵常數為10um的光柵,采用并行加工的方法,極大地提高了加工效率。本文主要研究內容如下:首先,詳細介紹了空間光調制器的相位調制原理和基于衍射光柵的模擬原理。在介紹與討論衍射光柵與衍射角關系的基礎上,分析了利用多個衍射光柵疊加調制產生多光束的原理,開展了利用空間光調制器實現對多光束控制的研究。并詳細介紹了目前幾種常見的產生多光束的算法,包括達曼光柵和GS、GL算法,分析了其各自的優(yōu)缺點。并利用GS算法對目標進行優(yōu)化,通過空間光調制器軟件計算得到計算機全息圖(computer generated hologram,CGH),CGH加載到空間光調制器上實現了飛秒多光束的并行加工。其次,設計并搭建了一套飛秒并行加工系統(tǒng),詳細介紹了飛秒并行加工組成部分,包括飛秒激光器,空間光調制器,4F光學系統(tǒng),CCD相機,三維移動平臺及控制軟件,并對實驗的光路及原理進行了簡單分析。再次,簡單介紹了飛秒激光透明材料內部直寫光柵的研究意義,闡述了飛秒激光在透明材料損傷的定義,并詳細介紹了燒蝕透明材料的機理,其中著重介紹了雪崩電離和多光子吸收理論。開展了利用飛秒激光在透明材料內部聚焦進行直寫光柵的研究。針對實驗材料PMMA,找出了其特定的光折變閾值,利用飛秒激光在透明材料PMMA內部聚焦,實現了光柵常數為10um的光柵的制備,利用多光束在PMMA樣品內進行了多光束并行加工的實驗。最后,對論文進行總結和展望,并對接下來進一步研究提出了幾點建議與展望。
【關鍵詞】：飛秒激光 相位全息圖 多光束 PMMA 直寫光柵
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN249
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題的來源、目的及研究意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究目的及意義9-10
• 1.2 飛秒激光加工技術及應用現狀10-11
• 1.3 飛秒激光并行加工技術發(fā)展現狀11-14
• 1.3.1 多激光器法12
• 1.3.2 多光束干涉12-13
• 1.3.3 微透鏡陣列13-14
• 1.4 液晶空間光調制器的發(fā)展現狀14
• 1.5 液晶空間光調制器的應用介紹14-15
• 1.6 本文的主要研究內容15-17
• 第2章 空間光調制器相位全息圖對多光束控制研究17-28
• 2.1 空間光調制器的工作原理17-20
• 2.1.1 液晶空間光調制器的相位調制原理17-19
• 2.1.2 液晶空間光調制器衍射光柵的模擬19-20
• 2.2 液晶空間光調制器相位全息圖實現多光束原理20-21
• 2.3 相位全息圖對多光束控制的幾種算法21-26
• 2.3.1 達曼光柵21-23
• 2.3.2 GL算法23-24
• 2.3.3 GS算法24-26
• 2.4 本章小結26-28
• 第3章 飛秒激光并行加工系統(tǒng)28-36
• 3.1 并行加工系統(tǒng)原理及框圖28-29
• 3.2 飛秒激光器29
• 3.3 液晶空間光調制器29-32
• 3.4 4F光學系統(tǒng)32-33
• 3.5 CCD相機33
• 3.6 三維運動平臺33-34
• 3.7 實驗光路介紹34-35
• 3.8 本章小結35-36
• 第4章 飛秒激光PMMA材料內部直寫光柵的研究36-42
• 4.1 飛秒激光在透明介質中的損傷定義36
• 4.2 飛秒激光燒蝕PMMA材料的機理36-37
• 4.3 雪崩電離機理和多光子電離機理37-38
• 4.3.1 雪崩電離機理37
• 4.3.2 多光子電離機理37-38
• 4.4 飛秒激光在PMMA材料內部直寫光柵的研究38-41
• 4.4.1 飛秒激光PMMA材料光折變能量的摸索38-40
• 4.4.2 飛秒激光單光束PMMA材料直寫光柵的研究40-41
• 4.5 本章小結41-42
• 第5章 實驗結果及分析42-47
• 5.1 三維運動臺控制程序42-43
• 5.2 基于LABVIEW產生疊加相位全息圖43-44
• 5.3 加工實驗過程及結果44-47
• 5.3.1 圖案加工結果44-46
• 5.3.2 飛秒激光多光束PMMA材料直寫光柵46-47
• 第6章 總結與展望47-49
• 6.1 全文工作總結47
• 6.2 對今后工作的展望47-49
• 參考文獻49-50
• 致謝50-51
• 附錄1攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文及榮譽51-52

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本文編號：385235