飞秒激光制备微光学元件及其应用

光纤光栅是指光纤表面或内部有光栅的光纤，能实现特定的功能，如温度传感等。早期，人们利用激光干涉的方法在光纤上加工光栅，这种方式加工出的光栅周期固定、无法精准加工。飞秒激光的内部加工特性，使其非常适于光纤光栅的加工，在光纤的表面或内部都可加工，定位准确、周期可调。

同时，飞秒激光制备的光纤光栅能够对多种物理参数进行探测，如温度、折射率、弯矩和扭矩等。光纤本身物理、化学性质稳定，在一些恶劣环境中的应用更加突出。

微腔元件

微腔主要是指尺寸在几微米到几十微米的微型圆盘，它能够使大量光限制在一个很小的空间里，使光与物质相互作用在其中得到极大增强，在非线性光学、光信号处理、传感等领域具有重要应用价值，是现代光学中不可替代的角色。

2015年，Ku等利用飞秒激光双光子聚合加工，在SU-8中加工出边缘耦合的回音壁模式光子分子微盘，实现了单模激光的输出，如图7所示，标尺为10 μm。通过改变微盘的尺寸，输出激光的波长可以在很大范围内调节。这项工作为三维光电子的集成开辟了一条新道路。

图7 (a)(c)(e). 二个微盘重叠及其输出光谱; (b)(d)(f) 三个微盘重叠及其输出光谱

2016年，Huang等利用飞秒激光直写技术，加工出两盘相切的微腔，并系统研究了输出光与两盘边缘距离之间的关系，当边缘距离为-2 μm时，实现了单波长激光的输出。

飞秒激光加工精度高，能够直接加工出高品质因子的微盘激光器。因其具有非常高的加工灵活性，非常容易实现微腔与微控或微腔与其他光电器件的集成，在集成光子光电器件中具有重要应用。

微光学元件的应用

微光学元件因其尺寸微小、结构高度可设计，易于形成阵列、易于与其他系统相集成，能够实现普通宏观光学元件无法实现的功能。如微透镜阵列可实现多焦点并行加工、微透镜与微流控通道集成等。

2016年，Choi等利用飞秒激光直写技术，在硼硅酸内部直接加工出菲涅耳透镜和光波导，实现光学系统的集成，单对菲涅耳透镜-光波导的效率达到了9%。

除了具有传统的光传导作用之外，光波导在量子光学和波导激光中具有重要应用。飞秒激光具有较高的峰值功率，能够引起较强的非线性效应，适于在透明材料内部进行加工。

微光学元件能够实现很多传统光学元件不能实现的功能，在现代光学领域具有重要应用价值。随着科学技术的发展，人们对微光学元件的要求越来越高。飞秒激光作为一种高精度的加工手段，在微光学元件的制作中显得越来越重要。

虽然飞秒激光的加工精度还不够高、加工效率比较低。但总的来说，飞秒激光加工具有工艺简单、加工精度高、材料无选择、能够进行集成化加工等优点，在微光学元件的制备中办演越来越重要的角色。通过优化加工工艺，还可以实现相对高效地加工，为微光学元件的应用发展提供支持。随着技术不断地发展，飞秒激光加工的缺点将会被克服，成为真正高效、高精度的加工手段，为加工高质量的微光学元件打下坚实基础。

参考文献

曹小文,张雷,于永森,陈岐岱 飞秒激光制备微光学元件及其应用. 中国激光, 2017, 44(1):