一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于激光微加工技術領域，涉及一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置及方法。
【背景技術】
[0002]長周期波導光柵具有長周期光柵結構(周期為幾十到幾百微米的光柵)，根據模式耦合理論，LPWG可以把從光波導傳輸的導模能量耦合至鈮酸鋰基底中，從而造成與波長相關的傳輸損耗，表現出很好的帶阻濾波特性。其工作原理是，在LPWG的輸入波導中輸入一定波長范圍的光，由于與波導相互垂直的長周期光柵的作用，只有滿足相位匹配條件的諧振波長的光才能通過導模與鈮酸鋰基底中的模式發生耦合，該波長的光能量從輸入波導中轉移到鈮酸鋰基底中，由于輸出波導與輸入波導為同一波導，鈮酸鋰基底模式必然能與輸出波導中的導模耦合，從而該波長的光能量從鈮酸鋰基底耦合入輸出波導中，并建立起相應模式的光傳輸。因此，LPWG波導耦合結構提供了帶有波長選擇性的耦合機制，通過該耦合結構就能將滿足相位匹配條件(諧振波長)的光從輸入的寬譜光中濾出，于是具有濾波功能。因此，LPWG已經應用在一系列寬譜帶設備中，如帶阻濾波器、帶通濾波器、可變衰減器和差分多路復用器等。已有研宄指出可以利用聚合物的熱光效應制作大范圍可調諧的LPffG設備，但為了得到更快的調諧速度，必須利用響應速度更快的效應驅動LPWG，例如電光效應。所以，研宄在電光材料上制造LPWG的技術就很有實際意義。而目前在制備長周期波導光柵器件時，多采用離子交換技術，加工復雜、過程耗時，且難以保證LPWG波導的高度平行。而目前得到迅速發展的飛秒激光微加工技術，具有加工精度高、速度快、可實現三維加工等特性，在制作光波導結構、光柵結構等方面的應用已有大量的報道。飛秒加工技術同樣能夠解決在LPWG制造中的一些關鍵技術問題，因此，采用飛秒激光直寫這一種簡單、高效的制備方法對其發展具有深遠意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置及方法，該方法解決如何控制激光條件，并能達到使用一個飛秒激光光源、僅一套加工設備來同時實現光波導以及光柵的制備。
[0004]其具體技術方案為:
[0005]—種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置，由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、鈮酸鋰晶體8、精密旋轉平臺9、三維電動平移臺10、光功率計11和計算機12依次連接而成。
[0006]一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備方法，包括以下步驟:由飛秒激光器I輸出的激光通過光偏振器2和分光鏡3，經反射鏡組第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6，再經顯微物鏡7聚焦到鈮酸鋰晶體8內部，通過輸入到計算機12內的程序控制三維平移臺10移動來改變焦點在鈮酸鋰晶體8內的位置，并通過旋轉精密平臺9來改變刻寫的方向使光柵與光波導相互垂直，實現光波導以及光柵的刻寫；計算機12對三維平移臺10的速度、位置、加速度進行控制，以實現高精度的飛秒激光制備長周期波導光柵加工；分光鏡3分出部分激光到光功率計11，實現實時監控激光功率，并使得能夠及時調整激光系統以達到刻寫所需條件。
[0007]與現有技術相比，本發明的有益效果為:本發明在激光光源的前端，加入偏振器及分光鏡控制光源能量大小及其偏振性；利用反射鏡組將激光引導為與樣品加工面的法線方向，在反射鏡與三維電動平移臺之間設置有顯微物鏡；激光聚焦采用長焦顯微物鏡，可實現晶體內部刻寫以及改變激光刻寫深度；鈮酸鋰晶體按加工方向置于三維電動平移臺上，三維電動平移臺刻寫深度、方向及速度由與之相連接的計算機通過程序控制，進一步簡化了整套裝置。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置的結構圖；
[0009]圖2為實施例1中，利用本發明技術制備長周期波導光柵可得到一種的樣品結構示意圖；
[0010]圖3為實施例2中，利用本發明技術制備長周期波導光柵可得到一種的樣品結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0012]實施例1
[0013]在圖1中，本實施例的飛秒激光制備長周期波導光柵加工裝置由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、銀酸鋰晶體8、精密旋轉平臺9、三維電動平移臺10、光功率計11和計算機12依次連接而成。
[0014]由飛秒激光器I產生重復頻率76MHz、脈沖寬度為50飛秒激光，經顯微物鏡7后激光聚焦在晶體內部深度為400 μ m，三維電動平移臺10以5mm/s左右的速度載著固定在其上的鈮酸鋰晶體8運動，完成第一光波導15的刻寫。之后改變激光平均功率為350毫瓦，掃描速度為0.lmm/s，在第一光波導15之上刻寫垂直于上述光波導的第一光柵14結構。
[0015]長周期波導光柵結構示意圖如圖2所示，圖2中第一光波導15以及與之相互垂直的第一光柵14，采用的基底為第一鈮酸鋰晶體13。
[0016]實施例2
[0017]在圖1中，本實施例的飛秒激光制備長周期波導光柵加工裝置由飛秒激光器1、光偏振器2、分光鏡3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、顯微物鏡7、銀酸鋰晶體8、精密旋轉平臺9、三維電動平移臺10、光功率計11和計算機12依次連接而成。
[0018]飛秒激光器輸出激光為重復頻率為76MHz、脈沖寬度為50飛秒激光，經顯微物鏡7后激光聚焦在鈮酸鋰晶體內部深度為400 μ m，三維電動平移臺10以5mm/s左右的速度載著固定在其上的鈮酸鋰晶體8運動，完成第二光波導18的刻寫，其中兩路波導處于同一水平面且嚴格平行。之后改變激光平均功率為350毫瓦，掃描速度為0.lmm/s，在第二光波導18之上刻寫垂直于上述光波導的第二光柵17結構。
[0019]兩路平行長周期波導光柵樣品結構示意圖如圖3所示，圖3中第二光波導18以及與之相互垂直的第二光柵17采用的基底為第二鈮酸鋰晶體16。
[0020]本發明工作過程如下:
[0021]由飛秒激光器I輸出的激光通過光偏振器2和分光鏡3，經反射鏡組第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6，再經顯微物鏡7聚焦到鈮酸鋰晶體8內部，通過輸入到計算機12內的程序控制三維平移臺10移動來改變焦點在鈮酸鋰晶體8內的位置，并通過旋轉精密平臺9來改變刻寫的方向使光柵與光波導相互垂直，實現光波導以及光柵的刻寫；計算機12對三維平移臺10的速度、位置、加速度進行控制，以實現高精度的飛秒激光制備長周期波導光柵加工；分光鏡3分出部分激光到光功率計11，實現實時監控激光功率，并使得能夠及時調整激光系統以達到刻寫所需條件。
[0022]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置，其特征在于，由飛秒激光器(I)、光偏振器(2)、分光鏡(3)、第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(6)、顯微物鏡(7)、銀酸鋰晶體(8)、精密旋轉平臺(9)、三維電動平移臺(10)、光功率計(11)和計算機(12)依次連接而成。
2.一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:由飛秒激光器(I)輸出的激光通過光偏振器(2)和分光鏡(3)，經反射鏡組第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡￠)，再經顯微物鏡(7)聚焦到鈮酸鋰晶體(8)內部，通過輸入到計算機(12)內的程序控制三維平移臺(10)移動來改變焦點在鈮酸鋰晶體(8)內的位置，并通過旋轉精密平臺(9)來改變刻寫的方向使光柵與光波導相互垂直，實現光波導以及光柵的刻寫；計算機(12)對三維平移臺(10)的速度、位置、加速度進行控制，以實現高精度的飛秒激光制備長周期波導光柵加工；分光鏡(3)分出部分激光到光功率計(11)，實現實時監控激光功率，并使得能夠及時調整激光系統以達到刻寫所需條件。
【專利摘要】本發明公開了一種飛秒激光刻蝕波導光柵的制備裝置及方法，該裝置由飛秒激光器、光偏振器、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、顯微物鏡、鈮酸鋰晶體、精密旋轉平臺、三維電動平移臺、光功率計和計算機依次連接而成。本發明解決如何控制激光條件，并能達到使用一個飛秒激光光源、僅一套加工設備來同時實現光波導以及光柵的制備。
【IPC分類】G02B5-18, G03F7-00
【公開號】CN104777534
【申請號】CN201510117677
【發明人】周自剛, 范宗學, 楊永佳, 馮杰, 單常亮, 魏欣芮, 吳琴, 林鵬
【申請人】西南科技大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月14日