專利名稱：Y型波導(dǎo)激光直寫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光學(xué)加工領(lǐng)域，特別是一種Y型波導(dǎo)激光直寫裝置。
背景技術(shù)：
激光直寫技術(shù)是將光束整形后作用于光學(xué)介質(zhì)直接生成微納器件的精密加工技術(shù)。該技術(shù)具有加工精度高、速度快和成本低等諸多優(yōu)點。激光直寫技術(shù)在集成光學(xué)、集成電路和微機械系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。波導(dǎo)中的光波能夠無衍射地傳輸相當(dāng)長的距離，小型、緊湊的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的加工是光路集成化的基礎(chǔ)。在先技術(shù)中采用顯微物鏡將激光聚焦到熱敏或光敏薄膜材料，通過精密調(diào)諧載物臺材料表面來獲得精細的目標(biāo)結(jié)構(gòu)(參見發(fā)明專利‘激光直寫裝置，申請?zhí)?01110042855.7’)。該裝置需要復(fù)雜的顯微物鏡對光束進行聚焦，為了保證對準(zhǔn)精度，需要用調(diào)焦PZT來驅(qū)動顯微物鏡微動調(diào)焦，以保障激光聚焦到待刻樣品的表面。其次，載物臺上要配備高位移精度的電機平臺來保證刻寫器件的結(jié)構(gòu)和精度。最后，該裝置主要是針對光敏和熱敏薄膜材料的表面刻寫裝置，無法實現(xiàn)在材料內(nèi)部的刻寫。強激光作用介質(zhì)可在其內(nèi)部產(chǎn)生光學(xué)成絲這種非線性光學(xué)效應(yīng)。成絲效應(yīng)是激光在介質(zhì)內(nèi)部傳輸過程中的自聚焦效應(yīng)和激光等離子體激發(fā)的散焦效應(yīng)平衡的結(jié)果。由于材料內(nèi)部的光學(xué)缺陷，在強激光的作用下介質(zhì)內(nèi)部會產(chǎn)生永久的折射率改變(參見文獻193—nm excimer-laser-1nduced densification of fused silica， Optics Letter.21，I960 (1996))，從而在成絲通道中形成光波導(dǎo)。當(dāng)采用雙柱透鏡時，由于成絲之間的干涉作用，強激光作用可在介質(zhì)內(nèi)形成成絲分叉現(xiàn)象，參見文獻Y.Fu, H.Gao, f`f.Chu, J.Ni, H.Xiong, H.Xu, J.Yao, B.Zeng,ff.Liu, Y.Cheng, Z.Xu, and S.Chin, "Control of filament branching in air byastigmatically focused femtosecond laser pulses.Applied Physics B: Lasers andOptics 103， 435 (2011)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種Y型波導(dǎo)直寫裝置，該裝置無需采用需要精密調(diào)焦的顯微物鏡和高位移精度的電機平臺?；诔山z效應(yīng)，利用刻寫光源和兩個柱透鏡即可實現(xiàn)在光學(xué)玻璃內(nèi)部刻寫Y型光波導(dǎo)，具有較高實用價值。本實用新型的技術(shù)解決方案如下:一種Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特點在于該裝置由激光器、第一柱透鏡、第二柱透鏡、載物臺和光學(xué)玻璃組成，上述各部分的位置關(guān)系如下:所述的第一柱透鏡和第二柱透鏡的棱的方向相互垂直，所述的激光器輸出的激光入射到第一柱透鏡，光束傳輸?shù)轿挥诘谝恢哥R的一倍焦距內(nèi)的第二柱透鏡，第二柱透鏡固定在導(dǎo)軌上并可沿著光束平行方向自由移動，聚焦光束入射到位于載物臺上的光學(xué)玻
3 ο[0010]所述的激光器是具有高脈沖能量和光子能量的準(zhǔn)分子激光器、倍頻YAG激光器或飛秒激光器。所述的第一柱透鏡和第二柱透鏡為熔融石英或者氟化鈣晶體材料加工而成的正透鏡，并且二者棱的方向相互垂直。所述的導(dǎo)軌的運動軸向與光束方向平行。所述的載物臺為三維行程可調(diào)的平臺。所述的光學(xué)玻璃為熔融石英或石英玻璃。激光器發(fā)射的光束經(jīng)第一柱透鏡聚焦后，入射到距離第一柱透鏡一倍焦距以內(nèi)的第二柱透鏡，經(jīng)兩柱透鏡聚焦后的光束入射到光學(xué)玻璃內(nèi)。采用兩個柱透鏡一方面保證了激光在光學(xué)玻璃內(nèi)激發(fā)非線性光學(xué)效應(yīng)的激光強度，激光將在光學(xué)玻璃內(nèi)成單根絲，并在成絲的位置會引起折射率增加。另一方面，第二柱透鏡在另外一個方向上聚焦光束，由于柱透鏡固有的像差，絲及其背景能量會發(fā)生干涉，導(dǎo)致在原來絲的基礎(chǔ)上分為兩個絲。這種成絲分叉現(xiàn)象，經(jīng)過激光的持續(xù)作用，即可在光學(xué)玻璃內(nèi)部產(chǎn)生永久的折射率的變化。因此，Y型波導(dǎo)直寫的物理本質(zhì)是成絲引起了光學(xué)玻璃內(nèi)部折射率的變化，而成絲分叉效應(yīng)可自然地實現(xiàn)Y型結(jié)構(gòu)。通常絲的直徑都是很小的，在百微米量級。因此波導(dǎo)的尺寸可以做的很小，為光路的集成提供了基礎(chǔ)。本實用新型的技術(shù)效果:本實用新型采用包括刻寫光源在內(nèi)的兩塊柱透鏡即可實現(xiàn)對光學(xué)玻璃內(nèi)部的Y型光波導(dǎo)刻寫。無需對樣品進行精密的移動和掃描來獲得Y型目標(biāo)波導(dǎo)形狀，利用非線性光學(xué)效應(yīng)和干涉原理，在激光寫波導(dǎo)的過程中可一次成型。僅采用兩個相互垂直的柱透鏡，避免使用需要精密調(diào)焦的顯微物鏡。通過調(diào)節(jié)兩塊柱透鏡的距離，可控制波導(dǎo)的長度，而控制激光器的能量可改變光波導(dǎo)的輸出效率。

圖1為本實用新型Y型光波導(dǎo)直寫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1，圖1是本實用新型Y型光波導(dǎo)直寫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本實用新型Y型波導(dǎo)激光直寫裝置由激光器1、第一柱透鏡2、第二柱透鏡3、導(dǎo)軌4、載物臺5和光學(xué)玻璃6組成，上述各部分的位置關(guān)系如下:所述的第一柱透鏡2和第二柱透鏡3的棱的方向相互垂直，所述的激光器I輸出的激光入射到第一柱透鏡2，光束傳輸?shù)轿挥诘谝恢哥R2的一倍焦距內(nèi)的第二柱透鏡3，第二柱透鏡3固定在導(dǎo)軌4上并可沿著光束平行方向自由移動，聚焦光束入射到位于載物臺5上的光學(xué)玻璃6。所述的激光器I是具有高脈沖能量和光子能量的準(zhǔn)分子激光器、倍頻YAG激光器或飛秒激光器。所述的第一柱透鏡2和第二柱透鏡3為熔融石英或者氟化鈣晶體材料加工而成的正透鏡，并且二者的棱的方向相互垂直。所述的載物臺5為三維行程可調(diào)的平臺。[0024]所述的導(dǎo)軌4的運動軸向與光束方向平行。所述的載物臺5為三維行程可調(diào)的平臺。所述的光學(xué)玻璃6為熔融石英或石英玻璃。所述的激光器I發(fā)射的光束經(jīng)第一柱透鏡2聚焦后，入射到距離第一柱透鏡2 —倍焦距以內(nèi)的第二柱透鏡3，經(jīng)兩個柱透鏡聚焦后的光束入射到光學(xué)玻璃6內(nèi)，通過調(diào)節(jié)載物臺5確定光束入射到光學(xué)玻璃6的位置及波導(dǎo)刻寫位置，在刻寫過程中無需調(diào)節(jié)載物臺即可獲得Y型波導(dǎo)。采用兩個柱透鏡一方面保證了激光在光學(xué)玻璃6內(nèi)激發(fā)非線性光學(xué)效應(yīng)的激光強度，激光將在光學(xué)玻璃6內(nèi)成單根絲，并在成絲的位置引起折射率的增加。另一方面，第二柱透鏡在另外一個方向上聚焦光束，由于柱透鏡固有的像差，成絲及其背景能量會發(fā)生干涉，導(dǎo)致在原來絲的基礎(chǔ)上分為兩個絲。這種成絲分叉現(xiàn)象，經(jīng)過激光的持續(xù)作用，即可在光學(xué)玻璃6內(nèi)部產(chǎn)生永久的折射率的變化。因此，Y型波導(dǎo)直寫的物理本質(zhì)是成絲引起了光學(xué)玻璃6內(nèi)部折射率的變化，而成絲分叉效應(yīng)可自然地實現(xiàn)Y型結(jié)構(gòu)。根據(jù)激光器I的能量，滑動導(dǎo)軌4來調(diào)節(jié)第二柱透鏡3與第一柱透鏡2的距離，改變光束入射到光學(xué)玻璃6的能量，可微調(diào)成絲的長度和折射率調(diào)制強度。通常絲的直徑都是很小的，在百微米量級。因此波導(dǎo)的尺寸可以做的很小，為光路的集成提供了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求1.一種Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于該裝置由激光器(I)、第一柱透鏡(2)、第二柱透鏡(3)、導(dǎo)軌(4)、載物臺(5)和光學(xué)玻璃(6)組成，上述各元部件的位置關(guān)系如下: 所述的第一柱透鏡(2)和第二柱透鏡(3)的棱的方向相互垂直，所述的激光器(I)輸出的激光入射到第一柱透鏡(2)，光束傳輸?shù)轿挥诘谝恢哥R(2)的一倍焦距內(nèi)的第二柱透鏡(3)，第二柱透鏡(3)固定在導(dǎo)軌(4)上并可沿著光束平行方向自由移動，聚焦光束入射到位于載物臺(4)上的光學(xué)玻璃(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于所述的激光器(I)是具有高脈沖能量和高光子能量的準(zhǔn)分子激光器、倍頻YAG激光器或飛秒激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于所述的第一柱透鏡(2)和第二柱透鏡(3 )為熔融石英或氟化鈣晶體材料加工而成的正透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于所述的導(dǎo)軌(4)的運動的軸向與光束方向平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于所述的載物臺(5)為三維可調(diào)的平臺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，其特征在于所述的光學(xué)玻璃(6)為熔融石英或石英玻璃。
專利摘要一種Y型波導(dǎo)激光直寫裝置，由刻寫光源，第一柱透鏡，第二柱透鏡，導(dǎo)軌、載物臺和光學(xué)玻璃組成。激光經(jīng)柱透鏡組調(diào)制和干涉可實現(xiàn)成絲分叉現(xiàn)象，由于成絲對光學(xué)材料折射率的非線性光學(xué)調(diào)制作用而產(chǎn)生的波導(dǎo)效應(yīng)，可以實現(xiàn)Y型波導(dǎo)的激光直寫。本實用新型利用激光和簡單的柱透鏡組可實現(xiàn)在光學(xué)玻璃體內(nèi)直寫Y型光學(xué)波導(dǎo)。
文檔編號G03F7/20GK202995253SQ201220629950
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者張海波, 袁志軍, 周軍, 樓祺洪, 魏運榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所