一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光微加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長周期波導(dǎo)光柵具有長周期光柵結(jié)構(gòu)(周期為幾十到幾百微米的光柵)，根據(jù)模式耦合理論，LPWG可以把從光波導(dǎo)傳輸?shù)膶?dǎo)模能量耦合至鈮酸鋰基底中，從而造成與波長相關(guān)的傳輸損耗，表現(xiàn)出很好的帶阻濾波特性。其工作原理是，在LPWG的輸入波導(dǎo)中輸入一定波長范圍的光，由于與波導(dǎo)相互垂直的長周期光柵的作用，只有滿足相位匹配條件的諧振波長的光才能通過導(dǎo)模與鈮酸鋰基底中的模式發(fā)生耦合，該波長的光能量從輸入波導(dǎo)中轉(zhuǎn)移到鈮酸鋰基底中，由于輸出波導(dǎo)與輸入波導(dǎo)為同一波導(dǎo)，鈮酸鋰基底模式必然能與輸出波導(dǎo)中的導(dǎo)模耦合，從而該波長的光能量從鈮酸鋰基底耦合入輸出波導(dǎo)中，并建立起相應(yīng)模式的光傳輸。因此，LPWG波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)提供了帶有波長選擇性的耦合機(jī)制，通過該耦合結(jié)構(gòu)就能將滿足相位匹配條件(諧振波長)的光從輸入的寬譜光中濾出，于是具有濾波功能。因此，LPWG已經(jīng)應(yīng)用在一系列寬譜帶設(shè)備中，如帶阻濾波器、帶通濾波器、可變衰減器和差分多路復(fù)用器等。已有研宄指出可以利用聚合物的熱光效應(yīng)制作大范圍可調(diào)諧的LPffG設(shè)備，但為了得到更快的調(diào)諧速度，必須利用響應(yīng)速度更快的效應(yīng)驅(qū)動(dòng)LPWG，例如電光效應(yīng)。所以，研宄在電光材料上制造LPWG的技術(shù)就很有實(shí)際意義。而目前在制備長周期波導(dǎo)光柵器件時(shí)，多采用離子交換技術(shù)，加工復(fù)雜、過程耗時(shí)，且難以保證LPWG波導(dǎo)的高度平行。而目前得到迅速發(fā)展的飛秒激光微加工技術(shù)，具有加工精度高、速度快、可實(shí)現(xiàn)三維加工等特性，在制作光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、光柵結(jié)構(gòu)等方面的應(yīng)用已有大量的報(bào)道。飛秒加工技術(shù)同樣能夠解決在LPWG制造中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，因此，采用飛秒激光直寫這一種簡單、高效的制備方法對其發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置及方法，該方法解決如何控制激光條件，并能達(dá)到使用一個(gè)飛秒激光光源、僅一套加工設(shè)備來同時(shí)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)以及光柵的制備。
[0004]其具體技術(shù)方案為:
[0005]—種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置，由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、鈮酸鋰晶體8、精密旋轉(zhuǎn)平臺9、三維電動(dòng)平移臺10、光功率計(jì)11和計(jì)算機(jī)12依次連接而成。
[0006]一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備方法，包括以下步驟:由飛秒激光器I輸出的激光通過光偏振器2和分光鏡3，經(jīng)反射鏡組第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6，再經(jīng)顯微物鏡7聚焦到鈮酸鋰晶體8內(nèi)部，通過輸入到計(jì)算機(jī)12內(nèi)的程序控制三維平移臺10移動(dòng)來改變焦點(diǎn)在鈮酸鋰晶體8內(nèi)的位置，并通過旋轉(zhuǎn)精密平臺9來改變刻寫的方向使光柵與光波導(dǎo)相互垂直，實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)以及光柵的刻寫；計(jì)算機(jī)12對三維平移臺10的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高精度的飛秒激光制備長周期波導(dǎo)光柵加工；分光鏡3分出部分激光到光功率計(jì)11，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率，并使得能夠及時(shí)調(diào)整激光系統(tǒng)以達(dá)到刻寫所需條件。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明在激光光源的前端，加入偏振器及分光鏡控制光源能量大小及其偏振性；利用反射鏡組將激光引導(dǎo)為與樣品加工面的法線方向，在反射鏡與三維電動(dòng)平移臺之間設(shè)置有顯微物鏡；激光聚焦采用長焦顯微物鏡，可實(shí)現(xiàn)晶體內(nèi)部刻寫以及改變激光刻寫深度；鈮酸鋰晶體按加工方向置于三維電動(dòng)平移臺上，三維電動(dòng)平移臺刻寫深度、方向及速度由與之相連接的計(jì)算機(jī)通過程序控制，進(jìn)一步簡化了整套裝置。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2為實(shí)施例1中，利用本發(fā)明技術(shù)制備長周期波導(dǎo)光柵可得到一種的樣品結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為實(shí)施例2中，利用本發(fā)明技術(shù)制備長周期波導(dǎo)光柵可得到一種的樣品結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0012]實(shí)施例1
[0013]在圖1中，本實(shí)施例的飛秒激光制備長周期波導(dǎo)光柵加工裝置由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、銀酸鋰晶體8、精密旋轉(zhuǎn)平臺9、三維電動(dòng)平移臺10、光功率計(jì)11和計(jì)算機(jī)12依次連接而成。
[0014]由飛秒激光器I產(chǎn)生重復(fù)頻率76MHz、脈沖寬度為50飛秒激光，經(jīng)顯微物鏡7后激光聚焦在晶體內(nèi)部深度為400 μ m，三維電動(dòng)平移臺10以5mm/s左右的速度載著固定在其上的鈮酸鋰晶體8運(yùn)動(dòng)，完成第一光波導(dǎo)15的刻寫。之后改變激光平均功率為350毫瓦，掃描速度為0.lmm/s，在第一光波導(dǎo)15之上刻寫垂直于上述光波導(dǎo)的第一光柵14結(jié)構(gòu)。
[0015]長周期波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，圖2中第一光波導(dǎo)15以及與之相互垂直的第一光柵14，采用的基底為第一鈮酸鋰晶體13。
[0016]實(shí)施例2
[0017]在圖1中，本實(shí)施例的飛秒激光制備長周期波導(dǎo)光柵加工裝置由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、銀酸鋰晶體8、精密旋轉(zhuǎn)平臺9、三維電動(dòng)平移臺10、光功率計(jì)11和計(jì)算機(jī)12依次連接而成。
[0018]飛秒激光器輸出激光為重復(fù)頻率為76MHz、脈沖寬度為50飛秒激光，經(jīng)顯微物鏡7后激光聚焦在鈮酸鋰晶體內(nèi)部深度為400 μ m，三維電動(dòng)平移臺10以5mm/s左右的速度載著固定在其上的鈮酸鋰晶體8運(yùn)動(dòng)，完成第二光波導(dǎo)18的刻寫，其中兩路波導(dǎo)處于同一水平面且嚴(yán)格平行。之后改變激光平均功率為350毫瓦，掃描速度為0.lmm/s，在第二光波導(dǎo)18之上刻寫垂直于上述光波導(dǎo)的第二光柵17結(jié)構(gòu)。
[0019]兩路平行長周期波導(dǎo)光柵樣品結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，圖3中第二光波導(dǎo)18以及與之相互垂直的第二光柵17采用的基底為第二鈮酸鋰晶體16。
[0020]本發(fā)明工作過程如下:
[0021]由飛秒激光器I輸出的激光通過光偏振器2和分光鏡3，經(jīng)反射鏡組第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6，再經(jīng)顯微物鏡7聚焦到鈮酸鋰晶體8內(nèi)部，通過輸入到計(jì)算機(jī)12內(nèi)的程序控制三維平移臺10移動(dòng)來改變焦點(diǎn)在鈮酸鋰晶體8內(nèi)的位置，并通過旋轉(zhuǎn)精密平臺9來改變刻寫的方向使光柵與光波導(dǎo)相互垂直，實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)以及光柵的刻寫；計(jì)算機(jī)12對三維平移臺10的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高精度的飛秒激光制備長周期波導(dǎo)光柵加工；分光鏡3分出部分激光到光功率計(jì)11，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率，并使得能夠及時(shí)調(diào)整激光系統(tǒng)以達(dá)到刻寫所需條件。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置，其特征在于，由飛秒激光器(I)、光偏振器(2)、分光鏡(3)、第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(6)、顯微物鏡(7)、銀酸鋰晶體(8)、精密旋轉(zhuǎn)平臺(9)、三維電動(dòng)平移臺(10)、光功率計(jì)(11)和計(jì)算機(jī)(12)依次連接而成。
2.一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:由飛秒激光器(I)輸出的激光通過光偏振器(2)和分光鏡(3)，經(jīng)反射鏡組第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡￠)，再經(jīng)顯微物鏡(7)聚焦到鈮酸鋰晶體(8)內(nèi)部，通過輸入到計(jì)算機(jī)(12)內(nèi)的程序控制三維平移臺(10)移動(dòng)來改變焦點(diǎn)在鈮酸鋰晶體(8)內(nèi)的位置，并通過旋轉(zhuǎn)精密平臺(9)來改變刻寫的方向使光柵與光波導(dǎo)相互垂直，實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)以及光柵的刻寫；計(jì)算機(jī)(12)對三維平移臺(10)的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高精度的飛秒激光制備長周期波導(dǎo)光柵加工；分光鏡(3)分出部分激光到光功率計(jì)(11)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控激光功率，并使得能夠及時(shí)調(diào)整激光系統(tǒng)以達(dá)到刻寫所需條件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飛秒激光刻蝕波導(dǎo)光柵的制備裝置及方法，該裝置由飛秒激光器、光偏振器、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、顯微物鏡、鈮酸鋰晶體、精密旋轉(zhuǎn)平臺、三維電動(dòng)平移臺、光功率計(jì)和計(jì)算機(jī)依次連接而成。本發(fā)明解決如何控制激光條件，并能達(dá)到使用一個(gè)飛秒激光光源、僅一套加工設(shè)備來同時(shí)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)以及光柵的制備。
【IPC分類】G02B5-18, G03F7-00
【公開號】CN104777534
【申請?zhí)枴緾N201510117677
【發(fā)明人】周自剛, 范宗學(xué), 楊永佳, 馮杰, 單常亮, 魏欣芮, 吳琴, 林鵬
【申請人】西南科技大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月14日