Tehnologia de scriere directă cu laser femtosecundă este un fel de tehnologie de procesare micro-nano care poate focaliza un fascicul laser pulsat pe suprafața sau în interiorul unui material și poate provoca o modificare a proprietăților locale ale materialului prin interacțiunea neliniară a laserului cu material în regiunea focală, care a fost utilizat pe scară largă în multe domenii, cum ar fi microfluidica, micro-nanofotonica, optica integrată și așa mai departe. Tehnologia tradițională de scriere directă cu laser femtosecundă are problema asimetriei între rezoluția de procesare transversală și rezoluția axială, iar rezoluția axială este în mod evident alungită, ceea ce limitează într-o oarecare măsură aplicarea laserului femtosecunde în procesarea tridimensională. În ultimii ani, pentru a echilibra diferența dintre rezoluțiile laterale și axiale ale scrisului direct cu laser femtosecunde, au fost propuse mai multe tehnici de modelare a fasciculului, cum ar fi tehnica de modelare a fantei, tehnica de modelare a astigmatismului și tehnica de iradiere cu fascicul transversal. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste tehnici nu poate realiza o prelucrare izotropă tridimensională bazată pe o singură lentilă obiectiv.
Tehnicile de focalizare spațio-temporală au fost dezvoltate inițial pentru aplicații de bio-imagini și au fost utilizate în domeniul microprelucrării cu laser femtosecunde. Tehnologia de focalizare spatio-temporală laser femtosecundă oferă o nouă dimensiune a focalizării temporale, permițându-i să exceleze în îmbunătățirea rezoluției axiale de fabricație și eliminarea efectelor neliniare de autofocalizare. Mecanismul tehnologiei de focalizare spațiotemporală este că: diferitele componente spectrale ale laserului femtosecunde sunt dispersate spațial prin perechi de rețele, lumina dispersată spațial este apoi focalizată prin lentila obiectivului, diferitele componente spectrale sunt recombinate la punctul focal și lățimea impulsului. este restabilit la ordinul de mărime femtosecundă.
În prezent, cele mai multe dintre studiile existente privind microprelucrarea tridimensională cu focalizare spațio-temporală laser femtosecundă se bazează pe lățime de bandă largă, lasere cu pietre prețioase din titan cu frecvență redusă de repetiție, iar frecvența redusă de repetiție restricționează viteza de procesare cu laser, astfel încât aplicarea tehnologiei de focalizare spațio-temporală la o sursă de lumină laser femtosecundă cu frecvență înaltă care se repetă este o cerință inevitabilă pentru a îndeplini cerințele de procesare anizotropă tridimensională de înaltă eficiență în același timp. Cu toate acestea, lățimea de bandă a surselor laser femtosecunde cu frecvență înaltă de repetare este de obicei îngustă, volumul de dispersie spațială introduce un număr mare de ciripituri negative de timp, iar laserul în sine nu poate oferi o compensare suficientă a timpului, rezultând că lățimea impulsului la punctul focal nu putând fi restaurat la ordinul de mărime femtosecundă, ceea ce restricționează aplicarea tehnologiei de focalizare spațio-temporală la procesarea laser cu frecvență înaltă de repetare. Prin urmare, procesarea izotropă tridimensională bazată pe tehnologia de focalizare spațio-temporală laser femtosecundă cu frecvență mare trebuie să ofere o compensare suplimentară a timpului.
Repere ale cercetării
Echipa Prof. Yangjian Cai de la Universitatea Normală Shandong și Prof. Ya Cheng de la Universitatea Normală din China de Est au colaborat pentru a propune o schemă de compensare a timpului extra-cavității pentru laserele de înaltă frecvență, care realizează prelucrare izotropă tridimensională de înaltă eficiență. bazată pe tehnica de focalizare spațiotemporală a surselor de lumină laser femtosecunde de înaltă frecvență. În această lucrare, lărgitorul de impulsuri Martinez construit în afara laserului este folosit pentru a introduce un număr mare de ciripituri pozitive în timp pentru a lărgi lățimea impulsului la ordinul de mărime al picosecunde și apoi dispersia spațială a compresorului cu rețea cu o singură trecere (rețea). pereche) iar focalizarea lentilei obiectiv asigură recombinarea diferitelor componente spectrale la punctul focal cu o lățime a impulsului în ordinul de mărime femtosecundă. Sistemul experimental este prezentat în Fig. 1.
Fig. 1 Diagrama schematică a dispozitivului de procesare izotrop tridimensional bazat pe tehnologia de focalizare spațio-temporală cu laser femtosecundă de înaltă frecvență
Este bine cunoscut faptul că efectul prelucrării laser cu femtosecunde este afectat de direcția de procesare, energia pulsului și adâncimea procesării etc. Pentru a verifica dacă dispozitivul de focalizare spațiotemporal are capacitatea de procesare izotropă tridimensională, echipa prof. Yangjian Cai și echipa Prof. Cheng Ya a demonstrat secțiunea transversală optică a dispozitivului în direcții diferite, la adâncimi diferite și procesată de diferite energii de impuls în interiorul sticlei fotosensibile (așa cum se arată în Fig. 2). Rezultatele experimentale arată că rezoluția pe direcții diferite este aceeași și circulară, iar rezoluția de procesare izotropă 3D (8-22 μm) este proporțională cu energia pulsului și insensibilă la adâncimea de procesare. Semnificația acestei lucrări constă în principal în combinația dintre eficiența ridicată de procesare și rezoluția de procesare izotropă 3D reglabilă continuu, care oferă un nou mijloc tehnic pentru prelucrarea cu laser.
Fig. 2 Influența diferitelor direcții, energii pulsului și adâncimi de procesare asupra rezoluției de procesare a sistemului de focalizare temporală.
Pentru a demonstra mai intuitiv capacitatea de fabricare tridimensională a dispozitivului de focalizare spațiu-timp, echipa de cercetare a combinat tehnologia de focalizare spațiu-timp cu metoda coroziunii post-chimice pentru a fabrica o varietate de structuri microfluidice izotrope tridimensionale în interiorul sticla fotosensibila. În comparație cu procesarea tradițională cu laser, dispozitivul are avantajele unei eficiențe ridicate, rezoluție de procesare izotropă 3D reglabilă continuu, insensibilitate la adâncimea de procesare etc. imprimare laser 3D și alte domenii.
