A femtoszekundumos lézeres közvetlen írási technológia egyfajta mikro-nano feldolgozási technológia, amely impulzusos lézersugarat képes fókuszálni egy anyag felületére vagy belsejébe, és a lézer és a lézer nemlineáris kölcsönhatása révén megváltoztatja az anyag helyi tulajdonságait. anyagot a fókuszterületen, amelyet széles körben használnak számos területen, például mikrofluidika, mikro-nano fotonika, integrált optika stb. A hagyományos femtoszekundumos lézeres direkt írási technológiának a keresztirányú feldolgozási felbontás és az axiális felbontás közötti aszimmetria problémája van, és az axiális felbontás nyilvánvalóan megnyúlt, ami bizonyos mértékig korlátozza a femtoszekundumos lézer alkalmazását a háromdimenziós feldolgozásban. Az elmúlt években a femtoszekundumos lézeres direkt írás laterális és axiális felbontása közötti különbségek kiegyenlítése érdekében számos nyalábformáló technikát javasoltak, mint például a résformázó technikát, az asztigmatizmus formáló technikát és a keresztsugaras besugárzási technikát. Azonban ezen technikák egyike sem képes egyetlen objektívlencsén alapuló háromdimenziós izotróp feldolgozást elérni.
A spatiotemporális fókuszálási technikákat eredetileg bio-képalkotási alkalmazásokhoz fejlesztették ki, és a femtoszekundumos lézeres mikromegmunkálás területén használták. A femtoszekundumos lézeres spatiotemporális fókuszálási technológia az időbeli fókuszálás új dimenzióját kínálja, lehetővé téve, hogy az axiális gyártási felbontás javításában és a nemlineáris önfókuszáló hatások kiküszöbölésében jeleskedjen. A spatiotemporális fókuszálási technológia mechanizmusa a következő: a femtoszekundumos lézer különböző spektrális komponenseit rácspárokon keresztül térben szétszórják, majd a térben szétszórt fényt az objektívlencsén keresztül fókuszálják, a különböző spektrális komponenseket a fókuszpontban egyesítik, és az impulzusszélességet. visszaáll a femtoszekundumos nagyságrendre.
Jelenleg a háromdimenziós, femtoszekundumos lézeres spatiotemporális fókuszálással foglalkozó tanulmányok többsége széles sávszélességű, alacsony ismétlési frekvenciájú titán drágakő lézereken alapul, és az alacsony ismétlési frekvencia korlátozza a lézeres feldolgozás sebességét, így a spatiotemporális fókuszálási technológia alkalmazása. egy nagy ismétlődő frekvenciájú femtoszekundumos lézerfényforráshoz elengedhetetlen követelmény a nagy hatékonyságú, háromdimenziós anizotróp feldolgozás követelményeinek egyidejű teljesítéséhez. A nagy ismétlődő frekvenciájú femtoszekundumos lézerforrások sávszélessége azonban általában szűk, a térbeli diszperziós térfogat nagyszámú negatív időcsipogást okoz, és maga a lézer nem képes elegendő időkompenzációt biztosítani, ami azt eredményezi, hogy az impulzusszélesség a fókuszpontban nem femtoszekundumos nagyságrendre állítható vissza, ami korlátozza a térbeli-időbeli fókuszálási technológia alkalmazását a nagy ismétlődő frekvenciájú lézeres feldolgozásra. Ezért a nagy, nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézeres spatiotemporális fókuszálási technológián alapuló háromdimenziós izotróp feldolgozásnak további időkompenzációt kell biztosítania.
Kutatási csúcspontok
Prof. Yangjian Cai a Shandong Normal Egyetemről és Prof. Ya Cheng a Kelet-Kínai Normál Egyetemről együttműködve javaslatot tettek a nagyfrekvenciás lézerek üregen kívüli időkompenzációjára, amely nagy hatékonyságú, háromdimenziós izotróp megmunkálást valósít meg. a nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézerfényforrások spatiotemporális fókuszálási technikáján alapul. Ebben a munkában a lézeren kívülre épített Martinez impulzusszélesítőt nagyszámú időpozitív csipogás bevezetésére használják, hogy az impulzusszélességet pikoszekundumos nagyságrendre szélesítsék, majd az egymenetes rácskompresszor térbeli diszperzióját (rács) pár) és az objektívlencse fókuszálása biztosítja a különböző spektrális komponensek rekombinációját a fókuszpontban femtoszekundumos nagyságrendű impulzusszélességgel. A kísérleti rendszert az 1. ábra mutatja.
1. ábra Nagyfrekvenciás femtoszekundumos lézeres tér-idő-fókuszálási technológián alapuló háromdimenziós izotróp feldolgozó eszköz sematikus diagramja
Köztudott, hogy a femtoszekundumos lézeres feldolgozás hatását befolyásolja a feldolgozás iránya, az impulzus energia és a feldolgozási mélység stb. Annak ellenőrzésére, hogy a térbeli és időbeli fókuszáló eszköz képes-e a háromdimenziós izotróp feldolgozásra, Yangjian Cai professzor csapata és Prof. Cheng Ya csapata bemutatta az eszköz optikai keresztmetszetét különböző irányokban, különböző mélységekben, és különböző impulzusenergiákkal dolgozták fel a fényérzékeny üveg belsejében (lásd a 2. ábrát). A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a felbontás különböző irányok mentén azonos és kör alakú, és a 3D izotróp feldolgozási felbontás (8-22 μm) arányos az impulzus energiájával és érzéketlen a feldolgozási mélységre. A munka jelentősége elsősorban a magas feldolgozási hatékonyság és a folyamatosan állítható 3D izotróp feldolgozási felbontás kombinációjában rejlik, amely új technikai eszközt biztosít a lézeres feldolgozáshoz.
2. ábra Különböző irányok, impulzusenergiák és feldolgozási mélységek hatása az időbeli fókuszáló rendszer feldolgozási felbontására.
A tér-idő fókuszáló eszköz háromdimenziós gyártási képességének intuitívabb bemutatása érdekében a kutatócsoport a tér-idő fókuszálási technológiát a posztkémiai korróziós módszerrel kombinálta, hogy különféle háromdimenziós izotróp mikrofluidikus struktúrákat hozzon létre a tér-idő fókuszáló eszközben. fényérzékeny üveg. A hagyományos lézeres feldolgozáshoz képest a készülék előnye a nagy hatásfok, a folyamatosan állítható 3D izotróp feldolgozási felbontás, a feldolgozási mélységre való érzéketlenség, stb. A kutatás eredményei várhatóan 3D mikrofluidikus chipek, fotonikus chipek gyártásában, valamint lézeres 3D nyomtatás és egyéb területek.
