[发明专利]一种测试双光子材料阈值的方法及装置

说明书

本发明涉及一种测试双光子材料阈值的方法及装置，该方法包括以下步骤：步骤1：聚焦；步骤2：测定样品的最低阈值m、最高阈值q、及双光子加工窗口，所述最低阈值m及最高阈值q为飞秒激光的分束功率值；步骤3：测定样品表面的真实功率W_r与飞秒激光的分束功率W_p，并将所述真实功率W_r与分束功率W_p的关系线性拟合成功率校准方程v，根据步骤2中的最低阈值m、最高阈值q及双光子加工窗口，通过功率校准性方程v计算得到精确最高阈值w、精确最低阈值x及精确双光子加工窗口，该方法能够准确测得照射到样品表面的激光功率值，以获得该样品的阈值。

技术领域

本发明涉及一种测试双光子材料阈值的方法及装置。

背景技术

单光子吸收是指分子在吸收一个能量为W的光子后，电子从基态跃迁到激发态。而双光子吸收需要分子同时吸收两个能量为W/2的光子后，才能实现电子从基态跃迁到激发态。正因为双光子诱导所需的能量仅为单光子诱导所需能量的一半，所以双光子技术可以采用穿透能力强的红外光代替紫外光而达到加工目的。由于飞秒激光双光子微加工技术具有加工精度高、热效应小、无掩模、灵活性高，且能真正实现3D微加工等优点而成为了国内外研究的热点，近年来在生物工程、航空航天、国防等领域得到了快速的发展和广泛的应用。

在利用飞秒激光双光子微加工技术制备微结构过程中，控制照射在材料上的激光能量或功率值至关重要。能量过低，无法实现聚合制备微结构；能量过高，会使材料发生烧蚀现象，降低微结构质量。可以把刚好能在材料上制备出微结构的最低激光功率值称为聚合阈值，使材料发生烧蚀现象的激光功率值称为烧蚀阈值。

从目前已有的文献看，测定双光子材料的阈值往往是在某一个固定波长下进行测试的，且往往是直接测定激光的出射功率值而非照射到样品上的功率值。但是不同波长下，材料的聚合阈值和烧蚀阈值会发生改变，而且激光从射出直至到达微加工平台会经过多重光学镜片，此时出射功率会有损耗，因此以激光的出射功率值作为聚合阈值或烧蚀阈值是不准确的。

发明内容

本发明提出的一种测试双光子材料阈值的方法，包括以下为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种测试双光子材料阈值的方法及装置，该方法能够准确测得照射到样品表面的激光功率值，以获得该样品的阈值，测试装置能够调节激光的照射波长，可选择不同波长进行阈值的测定。

步骤：

步骤1：聚焦；

步骤2：测定样品的最低阈值m、最高阈值q、及双光子加工窗口，所述最低阈值m及最高阈值q为飞秒激光的分束功率值；

步骤3：测定样品表面的真实功率Wr与飞秒激光的分束功率Wp，并将所述真实功率Wr与分束功率Wp的关系线性拟合成功率校准方程v，根据步骤2中的最低阈值m、最高阈值q及双光子加工窗口，通过功率校准性方程v计算得到精确最高阈值w、精确最低阈值x及精确双光子加工窗口。

进一步的，步骤3中，样品表面的真实功率Wr与飞秒激光的分束功率Wp的测定方法如下：

将飞秒激光功率调到值r，记录此时样品表面真实功率Wr和分束功率Wp；以功率间隔s从低至高增加飞秒激光功率，分别记录真实功率Wr和分束功率Wp；当激光功率达到值t时，以较大功率间隔u从低至高增加激光功率，直到100％，分别记录真实功率Wr和分束功率Wp；根据所测得的真实功率Wr与分束功率Wp绘制散点图，并进行线性拟合及线性回归得到功率校准方程v。

进一步的，所述激光功率r为分束功率最大值的5％，所述激光功率间隔s为分束功率最大值的5％，所述激光功率t为分束功率最大值的40％，所述较大激光功率间隔u为分束功率最大值的10％，功率校准方程v为Wr＝0.7543×Wp-0.00148。

进一步的，所述步骤2中，测定方法包括以下步骤：