Femtosekundilise laseriga otsekirjutustehnoloogia on teatud tüüpi mikro-nanotöötlustehnoloogia, mis suudab fokuseerida impulsslaserikiire materjali pinnale või sisemusse ja põhjustada materjali kohalike omaduste muutumist laseri mittelineaarse interaktsiooni kaudu materjal fookuspiirkonnas, mida on laialdaselt kasutatud paljudes valdkondades, nagu mikrofluidika, mikro-nanofotoonika, integreeritud optika jne. Traditsioonilisel femtosekundilise laseriga otsekirjutustehnoloogial on põikitöötluse eraldusvõime ja aksiaalse eraldusvõime asümmeetria probleem ning aksiaalne eraldusvõime on ilmselgelt pikenenud, mis piirab teatud määral femtosekundilise laseri kasutamist kolmemõõtmelises töötlemises. Viimastel aastatel on femtosekundilise laseriga otsese kirjutamise külg- ja aksiaalse eraldusvõime erinevuse tasakaalustamiseks välja pakutud mitmeid kiirte kujundamise tehnikaid, nagu pilu kujundamise tehnika, astigmatismi kujundamise tehnika ja ristkiire kiiritamise tehnika. Kuid ükski neist tehnikatest ei suuda saavutada kolmemõõtmelist isotroopset töötlemist, mis põhineb ühel objektiivil.
Spatiotemporaalsed teravustamistehnikad töötati algselt välja biokujutiste rakenduste jaoks ja neid on kasutatud femtosekundilise lasermikrotöötluse valdkonnas. Femtosekundilise laseri spatiotemporaalse teravustamise tehnoloogia annab ajalise teravustamise uue mõõtme, võimaldades sellel silma paista aksiaalse valmistamise eraldusvõime parandamisel ja mittelineaarsete iseteravustamise efektide kõrvaldamisel. Spatiotemporaalse teravustamistehnoloogia mehhanism on järgmine: femtosekundilise laseri erinevad spektrikomponendid hajutatakse ruumiliselt läbi võrepaaride, ruumiliselt hajutatud valgus fokusseeritakse seejärel läbi objektiivi, erinevad spektrikomponendid kombineeritakse fookuspunktis ja impulsi laius. taastatakse femtosekundi suurusjärgus.
Praegu põhinevad enamus olemasolevaid uuringuid kolmemõõtmelise mikrotöötluse kohta femtosekundilise laseriga spatiotemporaalse fokusseerimisega laial ribalaiusel, madala kordussagedusega titaanist vääriskivilaseritel ja madal kordussagedus piirab lasertöötluse kiirust, mistõttu on võimalik kasutada ruumilise ja ajalise fokuseerimise tehnoloogiat. kõrge korduva sagedusega femtosekundilise laservalguse allikale on vältimatu nõue, et täita samaaegselt kõrge efektiivsusega kolmemõõtmelise anisotroopse töötlemise nõudeid. Kõrge kordussagedusega femtosekundiliste laserallikate ribalaius on aga tavaliselt kitsas, ruumilise dispersiooni maht tekitab suure hulga negatiivseid ajalisi piiksumisi ja laser ise ei suuda piisavat ajakompensatsiooni pakkuda, mistõttu impulsi laius fookuspunktis ei ole on võimalik taastada femtosekundi suurusjärgus, mis piirab ruumilis-ajalise teravustamise tehnoloogia rakendamist kõrgsagedusliku lasertöötluse jaoks. Seetõttu peab kolmemõõtmeline isotroopne töötlemine, mis põhineb kõrge raske sagedusega femtosekundilise laseri spatiotemporaalse teravustamise tehnoloogial, pakkuma täiendavat ajakompensatsiooni.
Teadustöö tipphetked
Prof Yangjian Cai Shandongi Normal Universityst ja prof Ya Cheng Ida-Hiina Normaalsest Ülikoolist on teinud koostööd, et pakkuda välja kõrgsageduslaserite jaoks õõnsusevälise aja kompenseerimise skeem, mis võimaldab suure tõhususega kolmemõõtmelist isotroopset töötlemist. põhineb kõrgsageduslike femtosekundiliste laservalgusallikate spatiotemporal fokuseerimise tehnikal. Selles töös kasutatakse väljaspool laserit ehitatud Martinezi impulsilaiendajat suure hulga ajapositiivsete piiksutuste sisseviimiseks, et laiendada impulsi laiust pikosekundilise suurusjärguni, ja seejärel ühekäigulise restikompressori (võre) ruumilist hajutamist. paar) ja objektiiviläätse teravustamine tagab fookuspunktis erinevate spektraalkomponentide rekombinatsiooni impulsi laiusega femtosekundilises suurusjärgus. Katsesüsteem on näidatud joonisel 1.
Joonis 1. Kõrgsageduslikul femtosekundilisel ajalis-ruumilise teravustamise tehnoloogial põhineva kolmemõõtmelise isotroopse töötlusseadme skemaatiline diagramm
On hästi teada, et femtosekundilise lasertöötluse mõju mõjutavad töötlemise suund, impulsi energia ja töötlemissügavus jne. Et kontrollida, kas ruumilisel fokuseerimisseadmel on kolmemõõtmelise isotroopse töötluse võime, on prof Yangjian Cai meeskond. ja prof Cheng Ya töörühm demonstreeris seadme optilist ristlõiget erinevates suundades, erinevatel sügavustel ja töödeldi erineva impulsienergiaga valgustundliku klaasi sees (nagu on näidatud joonisel 2). Katsetulemused näitavad, et eraldusvõime erinevates suundades on sama ja ümmargune ning 3D isotroopse töötlemise eraldusvõime (8-22 μm) on võrdeline impulsi energiaga ja tundetu töötlemissügavuse suhtes. Selle töö olulisus seisneb peamiselt kõrge töötlusefektiivsuse ja pidevalt reguleeritava 3D isotroopse töötlemise eraldusvõime kombinatsioonis, mis annab uudse tehnilise vahendi lasertöötluseks.
Joonis 2 Erinevate suundade, impulsi energiate ja töötlemissügavuse mõju ajalise teravustamissüsteemi töötlemise eraldusvõimele.
Selleks, et intuitiivsemalt demonstreerida ruumi-aja fokuseerimisseadme kolmemõõtmelist valmistamisvõimet, ühendas uurimisrühm aegruumi fokuseerimise tehnoloogia postkeemilise korrosioonimeetodiga, et valmistada ruumi sees mitmesuguseid kolmemõõtmelisi isotroopseid mikrofluidstruktuure. valgustundlik klaas. Võrreldes traditsioonilise lasertöötlusega on seadme eelisteks kõrge efektiivsus, pidevalt reguleeritav 3D isotroopse töötlemise eraldusvõime, tundlikkus töötlemissügavuse suhtes jne. Selle uurimistöö tulemusi loodetakse rakendada 3D-mikrofluidkiibi, fotoonkiibi valmistamise ja ka laser 3D printimine ja muud valdkonnad.
