[发明专利]一种飞秒激光加工中透明薄膜折射率改变量的获取方法

说明书

本发明公开了一种飞秒激光加工中透明薄膜折射率改变量的获取方法，利用激光平面加工装置，采用间隔为300nm的逐线扫描方法在薄膜上获得64个与激光功率和平台扫描速度相关的80μm×80μm大小的折射率发生改变的区域，通过带有显微系统和三维移动平台的傅里叶红外光谱仪测得该64个区域的透射谱，采用改进的Swanepoel方法从透射谱中计算得到薄膜的折射率，进而得到激光加工区域的薄膜折射率改变量。

技术领域

本发明涉及一种飞秒激光加工中透明薄膜折射率改变量的获取方法，尤其是涉及一种飞秒激光致薄膜微小区域(80μm×80μm)折射率改变的获取方法。

背景技术

飞秒激光调控透明薄膜折射率改变是利用非线性相互作用，具有热效应小、精度高和真三维加工能力，广泛应用在光流控芯片、三维光子晶体、红外微腔激光器及高密度光存储设备的制备领域。利用飞秒光致透明薄膜折射率改变原理可以制备单光子芯片用的光波导、光栅等微纳器件。掌握飞秒光功率与光致折射率改变之间的关系对于微纳光器件的设计与制备至关重要。

测量薄膜折射率通常使用的方法有棱镜耦合仪法、干涉计量法、转角法等。利用这些方法测试薄膜折射率时测量区域比较大，通常在毫米量级以上，被测区域的精确定位也比较困难。然而，利用飞秒激光调控透明薄膜时被调控区域通常是微米量级，光致折射率改变量通常为0.01量级，利用传统的方法很难精确定位并获得被调控区域的折射率变化量为0.01量级的测试结果。故迫切需要开发一种飞秒光诱导之后的透明薄膜微小区域折射率改变量的获取方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种飞秒激光加工中透明薄膜折射率改变量的获取方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高精度微小区域飞秒激光平面加工装置与薄膜透射谱测量相结合的方法。激光平面加工装置包括沿主光路顺序排列的用于发出加工光束的飞秒激光器、激光功率调谐机构、快门、第一偏振分光棱镜、全反镜、激光光束直径调整系统、第二偏振分光棱镜、物镜和用于放置样品的三维移动平台，所述的三维移动平台背面设置有对样品进行背景照明的LED光源，所述的第二偏振分光棱镜的分光路上设置有成像CCD，所述的第一偏振分光棱镜的分光路上设置有聚焦透镜和光电倍增管，所述的光电倍增管与放置在三维移动平台上的样品表面处在共聚焦位置，所述的激光器、三维移动平台、快门、激光功率调谐机构和光电倍增管分别与控制计算机连接。所述的激光功率调谐机构由第一偏振片、波片和第二偏振片组成，所述的波片与控制计算机连接。薄膜的透射谱采用傅里叶红外光谱仪测量得到。

获取飞秒光致薄膜微小区域折射率改变量的具体方法为：

将薄膜样品固定在飞秒激光加工设备的三维移动平台上；开启飞秒激光器，顺序调节光路中涉及的各个光学元器件的位置，使得激光光束同时通过各个光学元件的中心；打开背景照明LED，调节三维移动平台的上下、前后及左右位置，使待诱导区域移动到物镜的焦平面上，通过共焦的CCD观察样品表面，直至形成清晰的图像；控制三维移动平台垂直扫描，通过精确定位系统准确找到薄膜样品的表面高度数据，利用旋转矩阵法修正待调控薄膜的位置数据；将修正后的位置数据导入飞秒激光加工平台的控制计算机，控制每个调控区域大小为80μm×80μm，结合改变激光的功率、平台扫描速度等参数，利用逐线扫描的方法获得薄膜折射率发生改变的多个诱导区域；然后利用傅里叶红外光谱仪获取多个诱导区域的透射谱，通过改进的Swanepoel方法使用该透射谱即可获得薄膜的各个诱导区域的折射率数据。最终，通过比较激光诱导前后的诱导区域的薄膜折射率即可获得诱导区域薄膜的折射率改变量与飞秒激光功率、平台扫描速度等参数之间的关系。