飞秒激光制备微光学元件及其应用

随着现代工业与科学技术的发展，人们已经逐步进入到信息化时代。信息技术的快速发展要求一个完整的信息系统能在尽可能小的空间内实现尽可能多的功能，这就要求实现各种功能的器件尽可能地小，向小型化、微型化方向发展。微光学元件具有体积小、重量轻、设计制造灵活、制造成本低，并易于实现阵列化和批量化生产等优点，能够实现普通光学元件难以实现的功能，在光纤通信、信息处理、航空航天、生物医学、激光技术、光计算等领域具有重要的应用价值。

飞秒激光加工是一种无接触、高精度的微纳光电器件加工方法，具有环境要求低、对材料无选择性、加工灵活、精度高等特点，可以在几乎任意材料上实现超衍射极限和高复杂结构加工，极大丰富了微光学元件的制备种类。围绕飞秒激光加工技术，研究者们在各种材料表面、内部制备出了不同类型、不同功能的微光学元件，极大地推动了微光学的发展。

飞秒激光直写技术

飞秒激光直写技术的加工原理如图1所示，主要是通过一些光学元件将飞秒激光聚焦在材料表面或内部，配合三维位移平台，实现任意复杂结构的制备，CCD实时观察系统主要用来进行焦点对准和对加工过程进行实时观察。

图1.飞秒激光直写技术加工示意图

飞秒激光直写加工一般包括：增加材料的双光子聚合加工和去除材料的烧蚀加工。在双光子加工中，单体聚合物只有在光子密度足够大的激光焦点才能同时吸收两个光子，实现聚合，如图2所示。2001年，Kawata等利用中心波长为800 nm的飞秒激光制备了长为10 μm、高为7 μm的纳米牛，首次从实验上实现了突破光学衍射的超精细加工，加工分辨率仅为120 nm。

图2.飞秒激光双光子聚合示意图