飛秒雷射高速、大視場微納製造的新方法及其機理研究

《飛秒雷射高速、大視場微納製造的新方法及其機理研究》是依託吉林大學，由夏虹擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：飛秒雷射高速、大視場微納製造的新方法及其機理研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：夏虹
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

飛秒雷射微納加工已經展示了從基礎研究到國防高科技各個領域的廣泛套用前景，但受制於單點直寫造成的效率低下問題，面臨走向工業套用的瓶頸。本項目從雷射單點直寫的幾何“點”（加工體積元）入手，通過偏振、位相等多維參數調控，實現具有豐富內在構成的亞焦點結構，進而實施與通常點掃描或者體積元掃描完全不同的結構基元掃描。結構基元由成千上萬個體積元組成，這一技術可以突破加工效率和加工視場、加工精度的內在矛盾，大幅度提升加工效率。通過項目研究，闡明由多維參數調控構建亞焦點結構的基本規律，掌握以空間光調製和衍射微光學螺旋位相調控等為代表的典型亞焦點結構構建方法；通過時域有限差分等矢量衍射設計與逆向工程相結合，實現對複雜三維周期構造的幾何解析、基元構造解析和基元掃描；界定亞焦點結構和基元加工概念的基本內涵和外延，實現基元掃描這一高速、大視場微納製造新方法。

結題摘要

面向解決飛秒雷射加工保持高加工精度的同時具有高加工效率這一難題，本項目結合空間光場調製和乾法濕法刻蝕等開展了飛秒雷射微加工研究，極大地推動了飛秒雷射高速、大視場微納製造基礎研究。開展的研究內容包括：進行飛秒矢量光束的產生、傳播和控制理論研究，研究了飛秒加工系統中矢量光波的調控理論和飛秒雷射矢量光波偏振態測量；構建理論光場分布模擬的全息圖，研究空間光調製器控制雷射焦點分布，探索雙焦點和可調數值孔徑的石英微透鏡可控制備，以及實現對石英內部高精度折射率均勻調節的改性加工；開展並行微透鏡陣列研究，實現了快速、大面積二維微透鏡陣列的製備，進行了三維全息算法，實現了呈空間分布三維微透鏡陣列；利用飛秒雷射脈衝誘導形成微改性區，再利用濕法刻蝕技術和納米壓印技術實現微結構陣列大面陣製備，極大提高加工效率，並探索其在勻光器和真三維複眼微透鏡陣列等方面的套用；利用飛秒雷射振鏡、場鏡快速掃描加工實現了厘米級大面積藍寶石微凹透鏡陣列的製備，並利用製備的大面積藍寶石微凹透鏡陣列實現了紫外光束的勻化。具體取得成果包括：在加工精度方面，利用超快雷射-微納結構相互作用的光場自約束效應，實現最小30nm的精度；在加工尺寸和速度方面，利用乾法刻蝕結合飛秒雷射振鏡場鏡快速掃描方式製備了1cm×1cm大面積均勻排列的藍寶石微凹透鏡陣列，加工微孔陣列的速率高達25000個每分鐘，粗糙度1.1nm；在套用拓展方面，製備的微凹透鏡陣列勻光器將紫外、可見和紅外飛秒脈衝雷射光束從高斯分布轉化為平頂式強度分布；製備出直徑為5mm、基底高度為1.5mm和微透鏡單元尺寸24.5µm的大尺寸人工複眼，視場角約達到128°。如上結果都已達到預期目標。 圍繞項目共發表SCI論文94篇，ESI高被引1篇，獲授權發明專利6項；入選“第二屆全國光學工程學科優秀博士學位論文”和“2018年度中國電子學會優秀博士學位論文”各一篇，榮獲“2018年度第十五屆王大珩光學獎高校學生光學獎”一項。