利用超快激光诱导应力场改变介质内部折射率的方法与流程

本发明涉及利用超快激光改变介质内部折射率分布的方法，特别是一种利用超快激光冲击产生的应力场提高折射率从而制作光学器件的方法。

背景技术：

超快激光具有低于衍射极限的材料修饰精度和灵活快速的三维加工能力，现有技术(davis等，1996，opticsletters21)利用特定材料在超快激光作用下，激光曝光区域折射率会升高的特性用于制作光学波导、光栅、光子晶体等。

但是，上述方法适用的材料是非常有限的，因为大多数具有有序晶格结构的晶体和部分玻璃在激光辐照下会发生结构损伤从而发生折射率降低。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种利用超快激光诱导应力场改变介质内部折射率的方法，该方法能够填补以往方法无法适用的居多空白，且能保留材料的光学物理性质。

技术方案：利用超快激光诱导应力场改变介质内部折射率的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

第一步，通过聚焦系统将超快脉冲激光聚焦到介质内部；

第二步，调节超快脉冲功率使其在介质内部产生损伤结构；

第三步，通过移动平台承载介质或振镜偏转超快激光实现激光和介质的相对移动，完成定点曝光或沿设定路径的连续曝光。

本发明进一步限定的技术方案为：所述介质为磷酸盐玻璃，所述聚焦系统为倍率为10的显微物镜，所述超快激光的波长为790nm，重复频率为1khz，脉冲宽度为150fs。

优选的，所述介质为石英晶体，所述聚焦系统为倍率为10的显微物镜，所述超快激光的波长为1064nm，重复频率为500khz，脉冲宽度为100ps。

优选的，所述介质为硅酸盐玻璃，所述聚焦系统为倍率为20的显微物镜，所述超快激光的波长为532nm，重复频率为500khz，脉冲宽度为100ps。

优选的，所述移动平台为三维移动平台用的是priorscientifich101f。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的本专利使用超快激光冲击对激光作用周围区域产生挤压，被挤压后的物质密度增加，从而折射率变大。这种方法对很多传统方法无法胜任的材料也能进行折射率修饰，而且折射率增加区域和激光损伤区域不重合，所以能在折射率增加区域保留材料的电光、非线性、荧光和热稳定性等性质。

附图说明

图1为实施例1-3中在介质内部诱导应力场改变折射率示意图.

图2为实施例1中在介质内部制作的光学波导示意图。

图3为实施例1中在介质内部制作的光学波导端面显微图。

图4为实施例1中在介质内部制作的光学波导侧面显微图。

图5为实施例2中在介质内部制作的1至4波导分数器示意图。

图6为实施例2中在介质内部制作1至2波导分数器的模式输出图。

图7为实施例3中在介质内部制作出的周期折射率分布结构显微图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1

如图1-4所示，介质1为磷酸盐玻璃。超快激光2的波长为790nm，重复频率为1khz，脉冲宽度为150fs。聚焦系统3为倍率为10的显微物镜，形成的器件为光学波导，移动装置为三维移动平台。具体步骤为：

第一步，通过聚焦系统3将超快脉冲激光2聚焦到介质1内部，如图1所示；

第二步，调节超快脉冲功率1～100mw使其在介质1内部产生损伤结构；

第三步，通过移动平台承载介质1实现激光2和介质1的相对移动，平台在水平面内沿矩形路径运动，同时在垂直方向向下移动，在玻璃内部扫描出截面为矩形的柱形壳层，壳层包裹区域被挤压从而折射率增大，形成光学波导4，如图2所示,经测量，折射率提高3.15×10^-4。图3和图4显示了所形成的光学波导端面的正视图和侧视图。

实施例2

本实施例中的介质为石英晶体。超快激光的波长为1064nm，重复频率为500khz，脉冲宽度为100ps。聚焦系统为倍率为10的显微物镜，形成的器件为波导分束器，移动装置为三维移动平台。具体步骤为：

第一步，通过聚焦系统将超快脉冲激光聚焦到介质内部，如图1所示；

第二步，调节超快脉冲功率使其在介质内部产生损伤结构,经测量，折射率提高1.36×10^-4；

第三步，通过移动平台承载介质实现激光和介质的相对移动，平台在水平面内沿矩形路径运动，同时在垂直方向倾斜向下移动，在玻璃内部扫描出具有输入段5、输出段7和分束段6的分束臂，重复该过程可以制作出1至n分数器。图5显示的是1至4分数器示意图，图6显示的是利用该方法制作的分束比为1：1的1至2分束器的模式输出图。

实施例3

本实施例中的介质为硅酸盐玻璃。超快激光的波长为532nm，重复频率为500khz，脉冲宽度为100ps。聚焦系统为倍率为20的显微物镜，形成的器件为光子晶体，移动装置为振镜。具体步骤为：

第一步，通过聚焦系统将超快脉冲激光聚焦到介质内部，如图1所示；

第二步，调节超快脉冲功率使其在介质1内部产生损伤结构,经测量，折射率提高1.22×10^-3；

第三步，通过振镜偏转激光实现激光和介质的相对移动，振镜沿网格状扫描，在每个格点触发激光制作出周期性点阵，从格点向周围扩散的应力相互挤压形成网格状折射率分布，如图7所示，该结构具有用于光子晶体的可能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。