飛秒激光微加工技術(shù)將成為新一代光電器件的制造技術(shù)
光通信的高速率、大容量和寬帶寬的發(fā)展方向，要求光電器件的高度集成化。而集成化的前提是光電器件的微型化。因此，光電器件的微型化是當(dāng)前光通信領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)。近年來(lái)，相比傳統(tǒng)的光電技術(shù)，飛秒激光微加工技術(shù)將成為新一代光電器件的制造技術(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在光波導(dǎo)的制備技術(shù)等諸多方面進(jìn)行了有益的探索，取得了很大的進(jìn)展。
(1) 光波導(dǎo)的制備 光波導(dǎo)易于和光纖通信系統(tǒng)耦合且損耗小，在頻域中呈現(xiàn)出豐富的傳輸特性，成為光纖器件的研究熱點(diǎn)。與離子注入法和熱擴(kuò)散型離子交換法等目前常用的制作方法相比，飛秒激光制作波導(dǎo)在室溫環(huán)境下進(jìn)行，過(guò)程簡(jiǎn)單，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在高溫時(shí)仍能保持良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性。美國(guó)學(xué)者用飛秒激光制備的增益光波導(dǎo)長(zhǎng)1 cm，可產(chǎn)生3 dB / cm的信號(hào)增益 。大阪大學(xué)的Watanabe W 等用85 fs、重復(fù)頻率1 kHz、單脈沖能量1.5μJ的鈦藍(lán)寶石激光制作的多模干涉波導(dǎo)陣列 ，實(shí)現(xiàn)了高階模輸出。目前，利用計(jì)算機(jī)精密控制飛秒激光加工平臺(tái)，可以在材料內(nèi)部的任意位置制得任意形狀的二維、三維或單模光波導(dǎo)。
(2) 光柵的制備 光柵在光通訊、色散補(bǔ)償、光纖傳感等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)光柵提出了更高的要求： ①不同幾何形狀排列，如六角陣列光柵； ②在光纖內(nèi)部刻劃，如Bragg (布拉格)光纖光柵。傳統(tǒng)加工方法工序繁雜、制作的光柵穩(wěn)定性差、壽命短。而飛秒激光微加工克服了這些缺點(diǎn)，永久性改變折射率，改變量高達(dá)0.05 ，實(shí)現(xiàn)直接刻劃，順應(yīng)了現(xiàn)代光柵微型化和多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。Mihailov S等人采用鈦寶石飛秒激光在摻鍺通信光纖纖芯上獲得的反射Bragg光柵，具有折射率調(diào)制范圍廣，溫度穩(wěn)定性高的特點(diǎn) 。
(3) 光子晶體的制備 光子禁帶和光子局域是光子晶體的兩大特征，使其極有可能取代大多數(shù)傳統(tǒng)的光學(xué)產(chǎn)品。但是微米甚至亞微米級(jí)三維復(fù)雜光子晶體的制備技術(shù)是急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。飛秒激光雙光子聚合法靈活，加工精度高，是制備光子晶體的理想選擇。Sun H B等人采用飛秒激光制出任意晶格的光子晶體，它能單獨(dú)地為單個(gè)原子選址 。Serbin J 等人采用飛秒激光雙光子聚合得到結(jié)構(gòu)尺寸小于200 nm，周期為450 nm的三維微結(jié)構(gòu)和光子晶體 。MarkusDeubel采用飛秒激光直接掃描法制出應(yīng)用于無(wú)線電通信的三維光子晶體 。國(guó)內(nèi)的戴起勛等制出桿、層間距均5μm，共4層，分辨率為1.1μm的層狀木堆型光子晶體(4) 光存儲(chǔ) 使用高分辨率存儲(chǔ)材料無(wú)疑會(huì)增加記錄密度，而采用超短激光進(jìn)行亞微米級(jí)操作會(huì)得到更好的效果。飛秒激光多光子吸收作用引起材料的永久性光致還原現(xiàn)象，為超高密度三維立體光存儲(chǔ)提供了一個(gè)全新的思路，存儲(chǔ)密度可達(dá)～10^13 bits/ cm3 。其特點(diǎn)： ①快速的數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)、擦寫(xiě)、重寫(xiě)； ②并行數(shù)據(jù)隨機(jī)存??； ③相鄰數(shù)據(jù)位層間串?dāng)_?。?④存儲(chǔ)介質(zhì)成本低。飛秒激光三維立體光存儲(chǔ)技術(shù)成為當(dāng)前海量存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新研究方向。
(5) 微通道的制備 聚合物力學(xué)性能好，具有生物相容性，而且飛秒激光光束幾乎可以毫無(wú)衰減地到達(dá)透明材料內(nèi)部的聚焦點(diǎn)，入射激光唯有在該點(diǎn)位置才能獲得較高的功率密度，發(fā)生非線性多光子吸收和電離，實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)任意部位三維微結(jié)構(gòu)的直寫(xiě)。采用150 fs鈦藍(lán)寶石脈沖激光在聚甲基丙烯酸甲脂( Poly-methylMethacrylate：PMMA)內(nèi)制備出最小直徑2μm、最長(zhǎng)達(dá)10 mm的微通道，道壁光滑且沒(méi)有裂紋，沒(méi)有損壞透明材料表面，這種微通道將廣泛用于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)如DNA拉伸、微統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)等。
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