La tecnologia d'escriptura directa làser femtosegon és una mena de tecnologia de processament micro-nano que pot enfocar un feix làser polsat a la superfície o a l'interior d'un material i provocar un canvi en les propietats locals del material mitjançant la interacció no lineal del làser amb el material a la regió focal, que s'ha utilitzat àmpliament en molts camps com ara microfluídica, micro-nanofotònica, òptica integrada, etc. La tecnologia d'escriptura directa amb làser de femtosegons tradicional té el problema d'asimetria entre la resolució de processament transversal i la resolució axial, i la resolució axial és, òbviament, allargada, la qual cosa limita l'aplicació del làser de femtosegon en el processament tridimensional fins a cert punt. En els darrers anys, per tal d'equilibrar la diferència entre les resolucions laterals i axials de l'escriptura directa amb làser de femtosegons, s'han proposat diverses tècniques de conformació de feix, com ara la tècnica de conformació d'escletxa, la tècnica de conformació d'astigmatisme i la tècnica d'irradiació de feix creuat. No obstant això, cap d'aquestes tècniques pot aconseguir un processament isotròpic tridimensional basat en una lent única objectiu.
Les tècniques d'enfocament espai-temporal es van desenvolupar originalment per a aplicacions de bioimatge i s'han utilitzat en el camp del micromecanitzat làser de femtosegons. La tecnologia d'enfocament espacial-temporal làser femtosegon proporciona una nova dimensió de l'enfocament temporal, que li permet excel·lir en la millora de la resolució de fabricació axial i eliminant els efectes d'autoenfocament no lineals. El mecanisme de la tecnologia d'enfocament espai-temporal és que: els diferents components espectrals del làser femtosegon es dispersen espacialment a través de parells de reixetes, la llum dispersa espacialment s'enfoca a través de la lent de l'objectiu, els diferents components espectrals es recombinen al punt focal i l'amplada del pols. es restaura a l'ordre de magnitud del femtosegon.
Actualment, la majoria dels estudis existents sobre micromecanitzat tridimensional amb enfocament espai-temporal làser femtosegon es basen en làsers de pedres precioses de titani ample de banda, baixa freqüència de repetició i la baixa freqüència de repetició restringeix la velocitat del processament làser, de manera que l'aplicació de la tecnologia d'enfocament espai-temporal a una font de llum làser femtosegon d'alta freqüència de repetició és un requisit inevitable per complir els requisits de processament anisotròpic tridimensional d'alta eficiència al mateix temps. Tanmateix, l'amplada de banda de les fonts làser de femtosegons d'alta freqüència de repetició sol ser estreta, el volum de dispersió espacial introdueix un gran nombre de xips de temps negatius i el propi làser no pot proporcionar una compensació de temps suficient, cosa que fa que l'amplada del pols al punt focal no podent ser restaurats a l'ordre de magnitud del femtosegon, que restringeix l'aplicació de la tecnologia d'enfocament espai-temporal al processament làser d'alta freqüència de repetició. Per tant, el processament isotròpic tridimensional basat en la tecnologia d'enfocament espai-temporal làser femtosegon d'alta freqüència ha de proporcionar una compensació de temps addicional.
Aspectes destacats de la investigació
L'equip del Prof. Yangjian Cai de la Universitat Normal de Shandong i el Prof. Ya Cheng de la Universitat Normal de la Xina Oriental han col·laborat per proposar un esquema de compensació del temps extra-cavitat per a làsers d'alta freqüència, que realitza un mecanitzat isotròpic tridimensional d'alta eficiència. basat en la tècnica d'enfocament espai-temporal de fonts de llum làser de femtosegons d'alta freqüència. En aquest treball, l'ampliador de polsos Martinez construït fora del làser s'utilitza per introduir un gran nombre de xips positius en el temps per ampliar l'amplada del pols fins a l'ordre de magnitud del picosegon, i després la dispersió espacial del compressor de reixeta d'un sol pas (reixa). parell) i l'enfocament de la lent objectiu garanteix la recombinació dels diferents components espectrals en el punt focal amb una amplada de pols en l'ordre de magnitud del femtosegon. El sistema experimental es mostra a la figura 1.
Fig. 1 Diagrama esquemàtic d'un dispositiu de processament isotròpic tridimensional basat en tecnologia d'enfocament espai-temporal làser de femtosegons d'alta freqüència
És ben sabut que l'efecte del processament làser femtosegon es veu afectat per la direcció de processament, l'energia del pols i la profunditat de processament, etc. Per verificar si el dispositiu d'enfocament espai-temporal té la capacitat de processament isotròpic tridimensional, l'equip del professor Yangjian Cai i l'equip del professor Cheng Ya van demostrar la secció transversal òptica del dispositiu en diferents direccions, a diferents profunditats i processada per diferents energies de pols dins del vidre fotosensible (com es mostra a la figura 2). Els resultats experimentals mostren que la resolució en diferents direccions és la mateixa i circular, i la resolució de processament isòtrop en 3D (8-22 μm) és proporcional a l'energia del pols i insensible a la profunditat de processament. La importància d'aquest treball rau principalment en la combinació d'una alta eficiència de processament i una resolució de processament isòtrop 3D ajustable contínuament, que proporciona un nou mitjà tècnic per al processament làser.
Fig. 2 Influència de diferents direccions, energies de pols i profunditats de processament en la resolució de processament del sistema d'enfocament temporal.
Per tal de demostrar de manera més intuïtiva la capacitat de fabricació tridimensional del dispositiu d'enfocament espai-temps, l'equip de recerca va combinar la tecnologia d'enfocament espai-temps amb el mètode de corrosió postquímica per fabricar una varietat d'estructures microfluídiques isotròpiques tridimensionals dins del vidre fotosensible. En comparació amb el processament làser tradicional, el dispositiu té els avantatges d'una alta eficiència, una resolució de processament isòtrop 3D ajustable contínuament, insensibilitat a la profunditat de processament, etc. S'espera que els resultats d'aquesta investigació s'apliquin al xip microfluídic 3D, la fabricació de xips fotònics i impressió làser 3D i altres camps.
