本发明专利技术公开了一种用于刻蚀电控衍射光学器件的激光直写刻蚀系统及利用其制备电控衍射光学器件的方法，该系统包括用于发射单束激光束的激光器、用于固定刻蚀样品的可控载物台、激光倍频系统和光束整形系统，优点是通过激光倍频系统将激光器发射的单束激光束转换为紫外激光束，利用光束整形系统使从激光倍频系统输出的紫外激光束通过光束整形系统后形成为一聚焦光斑，使用时将刻蚀样品即聚合物分散液晶光开关放置于光束整形系统输出的聚焦光斑的焦平面上，这样光束整形系统输出的聚焦光斑照射于刻蚀样品上就完成了微米级的图案的刻蚀，不仅结构简单，而且操作方便；该方法能够在聚合物分散液晶光开关上刻蚀出各类一维、二维微结构及衍射光学器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光直写技术及衍射光学器件制备技术，尤其是涉及一种用于刻蚀电控衍射光学器件的激光直写刻蚀系统及利用其制备电控衍射光学器件的方法。
技术介绍
衍射光学器件是ー种在基片或传统光学元件表面上刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成同相位、同轴再现、具有极高衍射效率的ー类光 学元件。利用衍射光学元件制作的各类光学器件在光传感、光通信、光计算、光存储、光互连、激光医学等诸多领域中有着广泛的应用前景。同时，随着信息技术、集成光学、光学传感的快速发展，传统的衍射光学器件已满足不了实际的生产需求，而聚合物分散液晶(PDLC)在显示领域有着优异特性，因此人们逐步尝试将其用于各类衍射光学器件的设计和制作中。例如上海理工大学的庄松林等人已基于全息干涉的方法制作了一种高衍射效率的H-PDLC (全息聚合物分散液晶)体全息光栅，其还基于衍射效率理论设计并制作了一种电控聚合物分散液晶全息透镜。然而目前，直接基于TOLC的微结构加工技术鲜有报道，大多是基于H-PDLC材料的全息光刻技术来制备各种衍射光学器件。而由于H-PDLC中往往需要额外掺入各种光敏聚合物、交联剂等化学物质，因此相较于普通的TOLC的制作更为复杂、成本也更高，同时H-PDLC的加工精度还容易受材料本身的光刻分辨率的影响，故而H-PDLC有着较大的局限性。另外近年来，随着大功率、窄脉宽激光器的迅速发展，激光加工技术也取得了较大的进展。一般情况下，对于红外、近红外的纳秒激光，将其高功率激光束经透镜汇聚后，材料中的电子通过对光子的线性吸收获得热能，将材料逐步熔化、蒸发去除；而对于紫外波段的准分子激光，通过材料线性吸收大能量的单个光子就可直接切断其中的分子或原子结合键，在表面生成等离子体，减小了刻蚀过程中热扩散的影响；而自上世纪90年代以来，红外飞秒激光技术的成熟使得激光与原子、分子、离子、自由电子、团簇以及等离子体的相互作用研究进入到ー个高度非线性的场强范围。因此，在几乎所有材料中价电子均可通过非线性机制电离，如多光子电离和雪崩电离，从而导致材料的永久改变。特别是紫外超快激光技术的成熟，进ー步减小了一般红外飞秒激光刻蚀过程中的热扩散影响，进ー步提高了刻蚀精度和刻蚀图案的质量。可见，对于电控衍射光学器件来说，传统的在H-PDLC上采用全息光刻的方法具有一定的局限性，而激光直写技术操作灵活简便，刻蚀图形丰富，并且随着大功率紫外超快激光技术的完善，如何在TOLC基础上刻蚀各类ー维、ニ维微结构及衍射光学器件，已成为衍射光学器件发展的一个值得解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便快捷的用于刻蚀电控衍射光学器件的激光直写刻蚀系统，及ー种利用该激光直写刻蚀系统制备电控衍射光学器件的方法，该方法操作灵活简单，能够方便、快速的在聚合物分散液晶光开关上刻蚀出各类ー维、ニ维微结构及衍射光学器件。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种激光直写刻蚀系统，包括用于发射单束激光束的激光器和用于固定刻蚀样品的可控载物台，其特征在于还包括 激光倍频系统，将所述的激光器发射的单束激光束转换为紫外激光束； 光束整形系统，从所述的激光倍频系统输出的紫外激光束通过所述的光束整形系统后形成为ー聚焦光斑，所述的刻蚀样品位于所述的光束整形系统输出的聚焦光斑的焦平面上，所述的光束整形系统输出的聚焦光斑照射于所述的刻蚀样品上完成微米级的图案的刻蚀； 所述的刻蚀样品为聚合物分散液晶光开关。所述的光束整形系统包括可调光阑和显微物镜，所述的可调光阑的中心与所述的激光倍频系统输出的紫外激光束的中心对准，所述的激光倍频系统输出的紫外激光束依次通过所述的可调光阑和所述的显微物镜后形成为ー聚焦光斑。所述的光束整形系统包括可调光阑、反射镜和显微物镜，所述的可调光阑的中心与所述的激光倍频系统输出的紫外激光束的中心对准，所述的激光倍频系统输出的紫外激光束通过所述的可调光阑后入射到所述的反射镜上，所述的反射镜反射的紫外激光束通过所述的显微物镜汇聚后形成为ー聚焦光斑。所述的聚合物分散液晶光开关包括两块ITO导电玻璃和设置于两块所述的ITO导电玻璃的导电面之间且厚度均匀的聚合物分散液晶薄膜。所述的ITO导电玻璃的厚度不超过所述的显微物镜的焦距。所述的可调光阑的孔径略小于所述的激光倍频系统输出的紫外激光束的直径。所述的反射镜与所述的可调光阑输出的紫外激光束成45度角。所述的激光器采用飞秒激光器；所述的激光倍频系统采用激光二倍频系统或激光三倍频系统；所述的可控载物台采用ニ维或三维手动微位移平台，或采用ニ维或三维电动微位移平台。ー种利用上述的激光直写刻蚀系统制备电控衍射光学器件的方法，其特征在于包括以下步骤 ①开启激光器和激光倍频系统； ②调整光束整形系统，使光束整形系统中的可调光阑的中心与激光倍频系统输出的紫外激光束的中心对准，且调节可调光阑的孔径使其略小于激光倍频系统输出的紫外激光束的直径，以滤除杂散光； ③将刻蚀样品固定于可控载物台上，并使刻蚀样品位于光路中； ④调整刻蚀样品的水平方向和竖直方向的位置，直至刻蚀样品上出现强烈的闪光，以表明聚焦光斑在刻蚀样品上； ⑤遮蔽激光器发射的单束激光束，向垂直于单束激光束传播方向的方向水平位移刻蚀样品2 3cm ； ⑥暴露激光器发射的单束激光束，微调刻蚀样品的水平方向和竖直方向的位置，直至刻蚀样品上出现强烈的闪光，以表明聚焦光斑在刻蚀样品上；⑦遮蔽激光器发射的单束激光束，向刻蚀样品前一次水平位移的反方向水平位移刻蚀样品2 3cm ； ⑧重复执行步骤⑥和步骤⑦的聚焦光斑校准过程，直至刻蚀样品位于光束整形系统输出的聚焦光斑的焦平面上； ⑨利用光束整形系统输出的聚焦光斑照射于刻蚀样品的两个聚焦光斑之间的区域上，形成微米级的圆孔图案，得到的刻蚀有圆孔图案的刻蚀样品为制备成的电控衍射光学器件。 所述的步骤⑨中在刻蚀完ー个圆孔图案后，通过向垂直于单束激光束传播方向的方向水平和/或垂直位移刻蚀样品，再利用光束整形系统输出的聚焦光斑刻蚀出圆孔图案，得到刻蚀有多个规则排列的圆孔图案的刻蚀样品。与现有技术相比，本专利技术的优点在于 I)本专利技术的激光直写刻蚀系统利用ー个光束整形系统使从激光倍频系统输出的紫外激光束通过光束整形系统后形成为ー聚焦光斑，使用时将刻蚀样品即聚合物分散液晶光开关放置于光束整形系统输出的聚焦光斑的焦平面上，这样光束整形系统输出的聚焦光斑照射于刻蚀样品上就完成了微米级的图案的刻蚀，不仅结构简単，无需复杂的对焦、成像系统，而且操作方便快捷。2)本专利技术的激光直写刻蚀系统中的光束整形系统仅包括一个可调光阑和ー个显微物镜，或包括ー个可调光阑、ー个反射镜和ー个显微物镜，其利用显微物镜汇聚后形成的聚焦光斑在聚合物分散液晶光开关上所产生的闪光现象来进行初始的焦点校准，而无需使用专门的对焦模块，大大筒化了激光直写刻蚀系统的结构，同时也使得操作更为方便快捷。3)本专利技术的制备电控衍射光学器件的方法，与现有的基于H-PDLC所采用的全息光刻的方法相比，其具有灵活、快速、可制备图形丰富、无需复杂后处理工艺等优点，能够在聚合物分散液晶光开关上刻蚀出各类ー维、ニ维微结构及衍射光学器件。附图说明图Ia为本专利技术的激光直写刻蚀系统的结构示意图ー； 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于刻蚀电控衍射光学器件的激光直写刻蚀系统，包括用于发射单束激光束的激光器和用于固定刻蚀样品的可控载物台，其特征在于还包括：激光倍频系统，将所述的激光器发射的单束激光束转换为紫外激光束；光束整形系统，从所述的激光倍频系统输出的紫外激光束通过所述的光束整形系统后形成为一聚焦光斑，所述的刻蚀样品位于所述的光束整形系统输出的聚焦光斑的焦平面上，所述的光束整形系统输出的聚焦光斑照射于所述的刻蚀样品上完成微米级的图案的刻蚀；所述的刻蚀样品为聚合物分散液晶光开关。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，潘雪丰，胡银灿，陶卫东，董建峰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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