[发明专利]一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置和方法

权利要求书

1.一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，包括光子晶体光纤飞秒激光光源、第一准直光阑、第二准直光阑、二分之一波片、偏振分光棱镜、电子快门、第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、双色镜、显微物镜、待加工附有金属膜的玻璃基片、电控三维精密移动平台、半透半反镜、CCD相机、照明光源、计算机；其特征在于来自光子晶体光纤飞秒激光光源光束先后经过第一准直光阑、第二准直光阑、二分之一波片、偏振分光棱镜、电子快门，电子快门和计算机相连接，通过计算机可以控制电子快门的开关；随后依次经过第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、双色镜，第一凸透镜的后焦点与第二凸透镜前焦点重合，构成光束扩束系统，反射镜和双色镜与光路成45度角放置；飞秒激光经双色镜反射后再经显微物镜聚焦于待加工附有金属膜的玻璃基片，待加工附有金属膜的玻璃基片固定在电控三维精密移动平台上；双色镜的透射侧依次放置半透半反镜、CCD相机，半透半反镜与光路成45度角放置，半透半反镜的反射侧放置照明光源。

2.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的光子晶体光纤飞秒激光光源是由振荡级、放大级组成中心波长为1040nm的高功率高重复频率光子晶体光纤飞秒激光系统。

3.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的反射镜是指其反射波长覆盖飞秒激光光源波长范围的宽带介质膜高反射镜。

4.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的双色镜是能实现飞秒激光光源波长全反射和可见光全透射的介质膜镜片。

5.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的显微物镜是近红外消色差长工作距离物镜。

6.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的待加工附有金属膜的玻璃基片是在玻璃基底上镀有单层金属膜的基片。

7.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的电控三维精密移动平台和计算机相连接，通过计算机中LabvIEW软件可对电控三维精密移动平台进行三维精密移动调节。

8.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的CCD相机具有光学变焦功能，与计算机相连接可在计算机屏幕上显示附有金属膜的玻璃基片表面形貌。

9.如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置，其特征在于所述的计算机是安装了LabvIEW软件、电子快门控制软件、CCD相机图像采集软件的计算机。

10.一种利用如权利要求1所述的一种利用飞秒激光直写技术制备平面光栅的装置制备平面光栅的方法，步骤如下：

（1）将上述装置中各光学器件按光路顺序和要求搭建好光路；

（2）开启光子晶体光纤飞秒激光光源，调节飞秒激光光源放大级泵浦光功率大小及二分之一波片快轴方位，利用光功率计测量飞秒激光功率，使从偏振分光棱镜出射的飞秒激光功率在1.5-2.0毫瓦之间；

（3）打开快门，利用第一准直光阑和第二准直光阑调整光路中各光学器件位置，使飞秒激光通过二分之一波片、偏振分光棱镜、电子快门、第一凸透镜、第二凸透镜、反射镜、双色镜、显微物镜中心位置，其中飞秒激光以与反射镜面成45度角方向入射到反射镜，之后改变方向又以与双色镜面成45度角方向入射双色镜，后再改变方向入射到显微物镜，调节完成后再将第一准直光阑和第二准直光阑孔径调节至最大；

（4）开启计算机并利用计算机控制电控三维精密移动平台调节待加工附有金属膜的玻璃基片位置，使待加工附有金属膜的玻璃基片位于显微物镜焦点处且与飞秒激光入射方向垂直；

（5）调节CCD相机变焦镜头和照明光源位置，使用计算机中CCD相机图像采集软件可以清晰观察到待加工玻璃基片上金属膜的表面形貌；

（6）关闭快门，利用先期编写的LabvIEW控制程序，设置精密移动平台相关参数如：刻线数量、刻线间隔、刻线长度、移动速率、快门启闭方式等，从而实现平台移动路径、快门启闭联动控制；

（7）调节飞秒激光光源放大级泵浦光功率大小及二分之一波片快轴方位，利用光功率计测量飞秒激光功率，使从偏振分光棱镜出射的飞秒激光功率为以上设定的移动速率所对应的最优加工功率；

（8）运行LabvIEW控制程序，完成飞秒激光在预定路径对附有金属膜的玻璃基片烧蚀加工，烧蚀过程可以通过CCD相机实时观测；

（9）关闭飞秒激光光源，完成平面光栅的制备。