БНЛ | Отдел приборостроения | Лазерная лаборатория | Фемтосекундная лазерная микрообработка

Лазерная обработка - это процесс, в котором используется сфокусированный оптический световой луч для выборочного удаления материалов с подложки для создания требуемого элемента на подложке или внутри нее. Процесс бесконтактный, но имеет высокую пространственную ограниченность. По сравнению с другими методами механической обработки, лазерная обработка демонстрирует низкое тепловое осаждение на обрабатываемую деталь. Процесс обычно основан на механизмах линейного оптического поглощения и образования плазмы. Однако обычная лазерная обработка, непрерывная или импульсная, не может создавать структуры микронного размера, поскольку линейное оптическое поглощение материалов часто приводит к тепловому осаждению, микротрещинам и небольшому побочному повреждению окружающей среды.

Фемтосекундная лазерная микрообработка является быстро развивающейся областью применения ультракоротких лазеров. Он использует свойства ультракоротких лазерных импульсов для достижения беспрецедентной степени контроля при формировании желаемой микроструктуры, внутренней по отношению к материалам, без сопутствующего повреждения окружающей среды. Используя фемтосекундные, а не пикосекундные или наносекундные световые импульсы, энергия лазера выделяется на небольшие объемы путем многофотонного нелинейного оптического поглощения с последующей лавинной ионизацией. Поскольку типичное время диффузии тепла находится в диапазоне от наносекунды до микросекунды, тогда как время электрон-фононного взаимодействия большинства материалов составляет от пикосекунды до наносекунды. Поэтому, когда энергия лазера откладывается во временном масштабе, намного меньшем, чем как перенос тепла, так и электрон-фононная связь, процесс взаимодействия света с веществом по существу замораживается во времени. Зона поражения почти мгновенно изменилась от твердой к паровой фазе и к образованию плазмы. В отличие от обычной лазерной обработки, фемтосекундная лазерная обработка уменьшает сопутствующие повреждения окружающей среды. Поскольку процесс обработки не зависит от линейного поглощения на длине волны лазера, практически любой диэлектрик, металлы и механически твердые материалы могут обрабатываться одним и тем же лазерным лучом.

Тщательно контролируя интенсивность лазера, можно производить только постоянную модификацию показателя преломления на заготовке. Прямая запись оптических волноводов в трехмерном становится возможным. Что еще более важно, пассивные и активные оптические устройства могут быть изготовлены непосредственно в трехмерном виде с использованием одной лазерной системы за один этап обработки.

Из-за характера процесса нелинейного оптического изготовления размеры элементов, меньшие, чем предел дифракции, могут быть созданы внутри подложки на различных глубинах. Трехмерные структуры субмикронного размера могут быть определены для производства миниатюрных фотонных компонентов, микросхем памяти только для чтения и волноводов с полым каналом, которые могут представлять интерес в области оптической сети связи, оптической памяти данных и биологических оптических микросхем. Возможно, самое обнадеживающее из всех, клиническое испытание фемтосекундной лазерной хирургии глаза на человеке в настоящее время продолжается.

Несмотря на различные потенциальные применения фемтосекундной лазерной микрообработки, точный механизм процесса все еще находится в стадии изучения. Различные группы изучают практические вопросы, такие как надежность, стабильность и влияние на срок службы изготовленных устройств. Мы разработали онлайн-метод диагностики для микрообработки различных материалов. В одном из наших ранних исследований было обнаружено, что нелинейная восприимчивость третьего порядка, допускаемая диполем на всех материалах, была повышена за счет неравномерности среды либо по линейному показателю преломления, либо по нелинейной восприимчивости. Удивительно сильная оптическая третья гармоника (THG) генерируется в прямом направлении только на границе раздела материалов. Это ГТГ максимизируется, когда интерфейс расположен в талии пучка светового импульса. Начало сигнала THG с входной лазерной энергией можно использовать для установления порога для создания микромеханических элементов на образце. Кроме того, один и тот же лазерный луч, но с разными уровнями интенсивности, можно использовать для создания и последующего исследования микромеханических структур на различной глубине в подложке на лету. Следовательно, предлагается и демонстрируется новая трехмерная оптическая схема чтения и записи.

Другие связанные сайты

Для получения дополнительной информации или предварительного запроса свяжитесь с Томас Ю.Ф. Цанг