Technologie přímého zápisu femtosekundovým laserem je druh technologie mikro-nano zpracování, která dokáže zaměřit pulzní laserový paprsek na povrch nebo uvnitř materiálu a způsobit změnu místních vlastností materiálu prostřednictvím nelineární interakce laseru s materiál v ohniskové oblasti, který byl široce používán v mnoha oblastech, jako je mikrofluidika, mikro-nano fotonika, integrovaná optika a tak dále. Tradiční technologie přímého zápisu femtosekundovým laserem má problém asymetrie mezi rozlišením příčného zpracování a axiálním rozlišením a axiální rozlišení je zjevně prodloužené, což do určité míry omezuje použití femtosekundového laseru v trojrozměrném zpracování. V posledních letech, aby se vyrovnal rozdíl mezi laterálním a axiálním rozlišením přímého zápisu femtosekundovým laserem, bylo navrženo několik technik tvarování paprsku, jako je technika tvarování štěrbiny, technika tvarování astigmatismu a technika ozařování příčným paprskem. Žádná z těchto technik však nemůže dosáhnout trojrozměrného izotropního zpracování založeného na jediné čočce objektivu.
Techniky časoprostorového zaostřování byly původně vyvinuty pro aplikace biozobrazování a byly použity v oblasti mikroobrábění femtosekundovým laserem. Technologie časoprostorového zaostřování pomocí femtosekundového laseru poskytuje nový rozměr dočasného zaostřování a umožňuje mu vynikat ve zlepšování axiálního výrobního rozlišení a eliminovat nelineární efekty samozaostřování. Mechanismus časoprostorové fokusační technologie spočívá v tom, že: různé spektrální složky femtosekundového laseru jsou prostorově rozptýleny pomocí párů mřížek, prostorově rozptýlené světlo je pak zaostřeno přes čočku objektivu, různé spektrální složky jsou rekombinovány v ohnisku a šířka pulzu se obnoví na femtosekundový řád.
V současné době je většina existujících studií o trojrozměrném mikroobrábění s femtosekundovým laserovým časoprostorovým zaostřováním založena na širokopásmových laserech s drahokamovým titanem s nízkou opakovací frekvencí a nízká opakovací frekvence omezuje rychlost laserového zpracování, takže použití technologie časoprostorového zaostřování k vysokofrekvenčnímu femtosekundovému laserovému světelnému zdroji je nevyhnutelným požadavkem splnění požadavků na vysoce účinné, trojrozměrné anizotropní zpracování současně. Šířka pásma vysokofrekvenčních zdrojů femtosekundového laseru je však obvykle úzká, objem prostorové disperze zavádí velké množství negativních časových cvrlikání a laser sám o sobě nemůže poskytnout dostatečnou časovou kompenzaci, což má za následek, že šířka pulsu v ohnisku není je možné obnovit na femtosekundový řád, což omezuje použití technologie časoprostorového zaostřování na vysokofrekvenční laserové zpracování. Trojrozměrné izotropní zpracování založené na vysokofrekvenčním femtosekundovém laseru časoprostorové zaostřovací technologii proto potřebuje poskytnout další časovou kompenzaci.
Nejdůležitější z výzkumu
Tým Prof. Yangjian Cai z Shandong Normal University a Prof. Ya Cheng z East China Normal University spolupracovali na návrhu schématu kompenzace času mimo dutinu pro vysokofrekvenční lasery, které realizuje vysoce účinné, trojrozměrné izotropní obrábění. založené na technice časoprostorové fokusace zdrojů vysokofrekvenčního femtosekundového laseru. V této práci se Martinezův zesilovač pulzu zabudovaný mimo laser používá k zavedení velkého počtu časově pozitivních cvrlikání k rozšíření šířky pulzu na řád pikosekund a poté k prostorové disperzi jednoprůchodového mřížkového kompresoru (mřížka pár) a zaostření čočky objektivu zajišťuje rekombinaci různých spektrálních složek v ohnisku s šířkou pulzu v řádu femtosekund. Experimentální systém je znázorněn na obr. 1.
1 Schematické schéma zařízení pro trojrozměrné izotropní zpracování založené na technologii vysokofrekvenčního femtosekundového laseru časoprostorové fokusace Obr.
Je dobře známo, že účinek zpracování femtosekundovým laserem je ovlivněn směrem zpracování, energií pulzu a hloubkou zpracování atd. Aby bylo možné ověřit, zda má časoprostorové zaostřovací zařízení schopnost trojrozměrného izotropního zpracování, tým prof. Yangjian Cai a tým prof. Cheng Ya demonstrovali optický průřez zařízením v různých směrech, v různých hloubkách a zpracovaných různými energiemi pulzu uvnitř fotocitlivého skla (jak je znázorněno na obr. 2). Experimentální výsledky ukazují, že rozlišení v různých směrech je stejné a kruhové a rozlišení 3D izotropního zpracování (8-22 μm) je úměrné energii pulzu a necitlivé na hloubku zpracování. Význam této práce spočívá především v kombinaci vysoké efektivity zpracování a plynule nastavitelného rozlišení 3D izotropního zpracování, které poskytuje nový technický prostředek pro laserové zpracování.
Obr. 2 Vliv různých směrů, energií pulzů a hloubek zpracování na rozlišení zpracování systému časového zaostřování.
Aby bylo možné intuitivněji demonstrovat trojrozměrnou výrobní schopnost časoprostorového zaostřovacího zařízení, zkombinoval výzkumný tým technologii časoprostorového zaostřování s metodou postchemické koroze k výrobě různých trojrozměrných izotropních mikrofluidních struktur uvnitř fotocitlivé sklo. Ve srovnání s tradičním laserovým zpracováním má zařízení výhody vysoké účinnosti, plynule nastavitelné rozlišení 3D izotropního zpracování, necitlivost na hloubku zpracování atd. Předpokládá se, že výsledky tohoto výzkumu budou aplikovány na 3D mikrofluidní čip, výrobu fotonických čipů a také laserový 3D tisk a další obory.
