《高速轉盤式飛秒雷射納米直寫裝置的研製》是依託吉林大學，由孫洪波擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速轉盤式飛秒雷射納米直寫裝置的研製
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：孫洪波
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雷射納米製造作為一種超精密製造手段，正在基礎科研、工業與國防高技術領域展現廣闊的套用前景，但由於加工效率與加工解析度的矛盾，尚無滿足實用化需求的專用設備，使其套用只能停留在實驗室展示階段。本項目立足於申請團隊良好的先期工作基礎，提出研製基於步進自轉掃描這一創新方案的高速飛秒納米直寫裝置。主要思想是將現有飛秒雷射納米加工的直寫控制技術和DVD的光碟伺服技術有機結合，具體通過對載物盤的穩定自轉控制、動作部件精密時序控制、運動誤差溯源和比特環定址糾偏等關鍵科學和技術問題的研究，實現高精度環式掃描條件下的大面積、高效率加工。通過上述工作，建立高速轉盤式飛秒雷射納米直寫裝置製造的完整知識和技術體系，研製出原理樣機，主要性能達到：在保證總體造型精度百納米的情況下，將可加工器件尺寸由百微米提高到厘米量級，掃描線速度由毫米/秒提高到米/秒量級。通過以上工作為我國超精密製造設備的研製和自主創新貢獻力量。
結題摘要
飛秒雷射直寫作為一種超精密製造手段，其特點在於可實現至亞波長量級的高加工精度，真三維的加工能力以及廣譜的加工材料，在科研、工業及國防中展現了廣闊的套用前景。針對當前飛秒雷射納米加工技術面臨高精度、大面積及高效率之間的矛盾，本項目提出步進自轉式飛秒雷射納米直寫方案，其主要機理即是利用載物盤的高速自轉和樣品的徑向步進相耦合，因而從根本上解決上述問題。基於上述思想，本項目對高速轉盤式飛秒雷射納米直寫裝置進行了研製。構建的樣機在滿足亞微米級的加工精度前提下，能夠實現厘米量級的加工尺寸以及數十mm/s的掃描速度。為了保證加工結構的一致性，系統默認採用恆定功率恆定線速度的掃描方式。針對樣品迴轉式加工在較高的恆定線掃描速度下樣品中心區域難以加工的問題，提出依據掃描半徑由內至外，依次進行振鏡掃描、變功率的恆角速度樣品迴轉掃描及恆功率的恆線速度樣品迴轉掃描的分區域掃描方案。針對飛秒雷射加工多光子吸收中存在的非線性，在加工過程中難以根據掃描速度匹配加工功率以保證恆定的曝光量，提出脈衝門控曝光的功率調節方案，通過對雷射脈衝進行門控選擇實現雷射功率的調節，從根本上補償了多光子吸收過程的非線性。同時，對於雷射曝光開關與掃描位置的同步，採用基於光電編碼器脈衝計數值硬體觸發的位置同步，同時通過聲光調製控制曝光開關，將曝光開關的延遲控制在了微秒量級內。為了保證曲面加工過程中的雷射準焦，開展了雷射聚焦誤差檢測的研究，聚焦誤差探測精度可達亞微米量級。基於上述直寫裝置的基礎研究，開展了光學元件製備的直寫裝置套用研究。在折射透鏡曲面上製備衍射圓光柵結構，在滿足亞微米量級的精度下，加工直徑達到厘米量級，具備了折衍混合光學元件製備能力。同時開展了對半導體二極體雷射器光束進行整形的非對稱多階波帶片以及非對陣雙曲面透鏡等光學元件的製備。
