專利名稱：飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)，特別是采用飛秒激光單脈沖一次性形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，更明確地說，是采用飛秒超短激光脈沖生成兩組成交的全息光柵，在固態(tài)透明介質(zhì)表明一次性穿入二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置。
后來，他們采用同樣的方法，在這個形成的微光柵上，轉(zhuǎn)動一個角度，再次曝光，又寫入另一個光柵，形成了一個具有納米尺度二維周期結(jié)構(gòu)，如量子點、量子井等(參見在先技術(shù)Ken-ichi Kawamura等，Applied physics Letters，2001，Vol79，No9，1228-1230)。
2002年，Yan Li等人采用類似的方法，在玻璃介質(zhì)上產(chǎn)生微光柵，槽深可達600微米，實驗裝置如圖2所示。
上述三種方法的最大缺點是飛秒脈沖一次只能形成一個一維周期結(jié)構(gòu)微光柵。顯然，如果在幾微米甚至幾十個微米內(nèi)，一個相干飛秒脈沖采用全息術(shù)的方法，形成多個二維周期微結(jié)構(gòu)，那么，對微光學領(lǐng)域的集成器件制作更有實際意義，如光存儲器、量子井等微器件。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于它包括飛秒激光器，沿飛秒激光器光束前進的方向依次是擴束望遠鏡、30％反射鏡，該30％反射鏡的反射光束依次經(jīng)第三全反射鏡、第一透鏡、第四全反射鏡形成第一參考光束到達樣品，該30％反射鏡的透射光束依次經(jīng)第一全反射鏡、50％反射鏡、第二全反射鏡、第二透鏡形成物光束照射樣品，該50％反射鏡的反射光束經(jīng)第三透鏡和第五全反射鏡形成第二參考光束到達樣品。
所述的飛秒激光器是一臺具有放大系統(tǒng)的鈦寶石激光器，輸出波長為800nm，脈寬為100fs，重復頻率為10Hz，輸出能量為100μJ。
所述的擴束望遠鏡是一臺具有50倍放大系數(shù)的擴束系統(tǒng)。
所述的30％反射鏡是一塊具有30％反射率，透過70％的介質(zhì)膜鏡。
所述的50％反射率鏡是一塊具有50％反射率的介質(zhì)膜鏡。
所述的透鏡是三塊焦距為30cm的消色差透鏡。
所述的樣品是用來記錄二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的硅酸鹽玻璃。本發(fā)明與在先技術(shù)相比，由于采用雙參考束光束全息系統(tǒng)，單次飛秒激光脈沖，能一次寫入納米尺度二維周期微結(jié)構(gòu)，生成量子點、量子井等，克服在先技術(shù)中要兩次寫入才能完成，不僅工作效率高，而且大大降低了對防震系統(tǒng)的要求，保證了微細加工的精度。
圖2為在先技術(shù)3中所使用的實驗光路。
圖3為本發(fā)明飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置。
所說的飛秒激光器組1是一臺具有放大系統(tǒng)的鈦寶石激光器組，輸出波長為800nm，脈寬為100fs，重復頻率為10Hz，輸出能量為100μJ。所說的擴束望遠鏡2，是一臺具有50倍放大系數(shù)的用以改善激光輸出光束質(zhì)量的擴束系統(tǒng)。所說的部分反射率鏡3，是一塊具有30％反射率，透過70％的介質(zhì)膜鏡。所說的第一至第五全反射鏡4、6、7、8、9是五塊具有100％反射率的介質(zhì)膜鏡。所說的50％反射率鏡5，是一塊具有50％反射率的介質(zhì)膜鏡。所說的第一、第二、第三透鏡10、11、12是三塊焦距為30cm的消色差透鏡。所說的樣品13是用來記錄二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的硅酸鹽玻璃。
鈦寶石激光器1經(jīng)擴束望遠鏡以后，被部分反射鏡3分成ω和ω1束，ω1光束經(jīng)第三全反射鏡7、透鏡10和第四反射率鏡8以后，到達樣品13作為第一參考束，ω光束經(jīng)第一全反射鏡4、50％反射鏡5、第三透鏡12和第五全反射鏡9到達樣品13作為第二參考光束。
另一部分ω光束穿過50％反射鏡5，被第二全反射鏡6反射，再經(jīng)第二透鏡11作為物光束，分別和第一參考光束、第二參考光束相遇。欲要形成干涉條紋，必須準確調(diào)整到使第一參考光束、第二參考光束和物光束等光程。因此，實際上這是一個雙參考光束全息系統(tǒng)。而干涉條紋間距，取決于它們的波長以及物光束和參考光束之間的夾角，即d=λ2sin12θ.]]>由于是一個雙參考光束全息系統(tǒng)，將能形成納米尺度二維周期結(jié)構(gòu)。
為了獲得較小的二維周期結(jié)構(gòu)，采用二倍頻的方法，將輸出波長調(diào)整到400納米。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于它包括飛秒激光器(1)，沿飛秒激光器(1)光束前進的方向依次是擴束望遠鏡(2)、30％反射鏡(3)，該30％反射鏡(3)的反射光束依次經(jīng)第三全反射鏡(7)、第一透鏡(10)、第四全反射鏡(8)形成第一參考光束到達樣品(13)，該30％反射鏡(3)的透射光束依次經(jīng)第一全反射鏡(4)、50％反射鏡(5)、第二全反射鏡(6)、第二透鏡(11)形成物光束照射樣品(13)，該50％反射鏡(5)的反射光束經(jīng)第三透鏡(12)和第五全反射鏡(9)形成第二參考光束到達樣品(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的飛秒激光器(1)是一臺具有放大系統(tǒng)的鈦寶石激光器，輸出波長為800nm，脈寬為100fs，重復頻率為10Hz，輸出能量為100μJ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的擴束望遠鏡(2)是一臺具有50倍放大系數(shù)的擴束系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的30％反射鏡(3)是一塊具有30％反射率，透過70％的介質(zhì)膜鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的50％反射率鏡(5)是一塊具有50％反射率的介質(zhì)膜鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的透鏡10、11、12是三塊焦距為30cm的消色差透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于所述的樣品(13)是用來記錄二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的硅酸鹽玻璃。
全文摘要
一種飛秒激光單脈沖形成二維納米尺度周期結(jié)構(gòu)的工作裝置，其特征在于它包括飛秒激光器，沿飛秒激光器光束前進的方向依次是擴束望遠鏡、30％反射鏡，該30％反射鏡的反射光束依次經(jīng)第三全反射鏡、第一透鏡、第四全反射鏡形成第一參考光束到達樣品，該30％反射鏡的透射光束依次經(jīng)第一全反射鏡、50％反射鏡、第二全反射鏡、第二透鏡形成物光束照射樣品，該50％反射鏡的反射光束經(jīng)第三透鏡和第五全反射鏡形成第二參考光束到達樣品。利用本發(fā)明可同時形成多個二維周期微結(jié)構(gòu)。
文檔編號B23K26/06GK1474202SQ0314210
公開日2004年2月11日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 謝紅蘭, 徐至展, 李儒新 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所