專利名稱：利用飛秒激光在透明固體材料中制作光波導(dǎo)的裝置及方法
利用飛秒激光Si2明固,料中制作光波導(dǎo)的^a^方法
fe7(t領(lǐng)域本發(fā)明屬于光波導(dǎo)及器件的制^S術(shù)領(lǐng)域，特別是二維^H維光波導(dǎo)及器件的 偉,，具#^及利用飛秒激光自明固##料中制作光波導(dǎo)的^*和方法。
背景駄非線'隨明材料如鈮,(LN)和磷麟鈦鉀(KTP)雜誠光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng) J^W著廣泛的細(xì)。目前， ^1學(xué)的許多鵬中需要在LN、 KTP等透明材料中制作光波導(dǎo) 或波導(dǎo)陣列，運用離子擴(kuò)散和質(zhì)子交換技術(shù)肯的對瞎的制作波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。雖然^IS術(shù)成熟，也可 以制作低^M耗的波導(dǎo)，但是它們只能在就材料的表面制作二維光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，制作三維波導(dǎo) 非常困難。另外，運用^fe術(shù)制作波導(dǎo)時工藝錢，需要4頓半導(dǎo)體制作中如光刻、腐蝕和擴(kuò) 散等一些工藝。
自,A^—臺飛秒激光器問世以來，飛秒激光就一鼓到人們的廣泛關(guān)注。蹄來，它在艦 信、光存儲、生物醫(yī)學(xué)、精密加工等諸多領(lǐng)鵬示出了巨大的鵬潛力。飛秒激光峰值功^l及高， 可以超U0、/W，飛秒激光在介質(zhì)中傳播時將引起十分豐富的非線性S她，如自聚焦、自散焦、 燈絲S50S等。1996年，Davis等Aa現(xiàn)錢明材料中飛秒脈沖激光在驟焦焦點,可以誘發(fā)折 射率變化。目前利用飛秒激 行波導(dǎo)寫制的技術(shù)已經(jīng)日誠熟，飛秒激光在晶體、鵬、聚合 物等透明材料中均可直接寫Az:i域三維光波導(dǎo)gr微結(jié)構(gòu)。
運用飛秒激光lia行光波導(dǎo)的刻寫時，樣品的移動方向可以和艦方向平行(平行刻寫)，也 可以和棘方向垂直(垂鼓ij寫)。采用平行刻寫方式時，亥J寫波導(dǎo)會具W^的娜性和圓形形 狀，但受聚焦物鏡的工作距離的限制而使f驗導(dǎo)刻寫的長度受限制，此種方式需要低數(shù)值孔徑的 顯微物鏡(NA《0..3)以便使得顯微物鏡的工作距離盡可能的長一些。采用垂鼓ij寫時，則波導(dǎo) 刻寫長度不受限制，然而刻寫的波導(dǎo)截面微為橢圓微，采用多動3描刻寫(多 爐復(fù)刻寫， 每 錄ij寫時激光焦點位移一定距離)可以使得波導(dǎo)截面艦圓形；另外，也可以艦刻寫兩線式 波導(dǎo)(刻寫兩條相同且相距一定距離的波導(dǎo)，在兩條波導(dǎo)的中間交疊區(qū)娜成光傳導(dǎo)區(qū)域)來獲 f輔面頗圓形的波導(dǎo)。細(xì)多S3描亥iJ寫和刻寫兩線式波導(dǎo)既可以優(yōu)化波導(dǎo)的截面靴，還可
以控制波導(dǎo)的截面尺寸的大小。垂鼓'瀉不魏微物鏡數(shù)值 L徑的影響，mOT高數(shù)值孔鄉(xiāng)微
物鏡(NA在03-0.65之間)可提高焦點區(qū)的激光^S，因此增強(qiáng)飛秒激光與透明固糊料糊幾 性作用。由于垂鼓IJ寫方式不魏微物鏡數(shù)值孔徑的限制，而且刻寫的波導(dǎo)長度也不受限，同時 波導(dǎo)形狀和尺寸也有多種途@ ;化，因此成為刻寫二維^H維波導(dǎo)的最常用方式。

發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明所要解決S^]fe術(shù)問題在于克服傳統(tǒng)光波導(dǎo)制作的工藝錢以及不能制作 三維波導(dǎo)的缺點，鄉(xiāng)一種利用飛秒激艦錢明固糊料內(nèi)部'鵬、高敬也制作二^^H維光 波導(dǎo)的裝置和方法。本發(fā)明細(xì)垂鼓!l寫方式，艦高數(shù)值孔徑的顯微物鏡(NA在0,3465之間)將飛秒激光 束緊聚焦至待刻寫透明固糊料樣品表ffiT，采用多動3描刻寫跟!l寫兩線式波導(dǎo)來獲f離導(dǎo)尺 寸和JW4J可控的二會MHI隹光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明鄉(xiāng)的禾[1用飛秒激光錢明固##料中制作光波導(dǎo)的^*依次包括
飛秒激光器系統(tǒng)用于離刻寫光波導(dǎo)的飛秒激^E沖；
可變衰 :根據(jù)光波導(dǎo)刻寫需要，用于對飛秒激光 出的飛秒激光脈沖倉》^豫減； 分束器用于將可變衰 衰^的飛秒激 沖進(jìn)行分束以，脈沖倉^ 行實時監(jiān)測； 功率計飛秒激光束被分束器分束后其中一束被l^iS功率計，用于監(jiān)測刻寫飛秒激^C沖 的驢；
高數(shù)值孔頓微物衞體在分束器后面飛秒激艦沖的主鵬上，用于將飛秒激艦沖緊
聚焦；
H^隹移動平臺用于腿待刻寫光波導(dǎo)的透明固糊料樣品，并由計Mlffi確控制其二余滅 三維的移動。
CCD探測器用于監(jiān)測聚焦飛秒激艦的 ^寸及雜待刻寫樣品內(nèi)的定位。
一種使用以J^的^fi在透明固Mt料中制作光波導(dǎo)的方法，i^^^括
第一、4稱刻寫光波導(dǎo)的透明固糊料固定于三維移動平臺上，3隹移動平臺由計飾自動
控抓
第二由飛秒激光器系,錢IJ寫飛秒激光脈沖，并將高育糧的飛秒激^E沖經(jīng)可變衰離 進(jìn)行衰減；
第三、用分束 飛秒激^*沖分束，由功率計監(jiān)測脈沖的育a^小，以便與第二步戶，的 可變衰麟配合將飛秒激^E沖的育^ai周輕刻寫光波導(dǎo)所需的MM7K平；
第四、將調(diào)艦?zāi)芰康娘w秒激光脈沖由高數(shù)值孔徑(NA=0.3~0.65)的顯微物鏡緊聚焦，聚 焦的飛秒激M沖垂直待刻寫光波導(dǎo)的透明固糊料的xy面入射，飛秒激光脈沖的焦點位^S明
第五、鄉(xiāng)四步戶艦的將飛秒激^A射到透明材料內(nèi)部時，采用CCD探測器M測飛秒激 光焦點在待刻寫波導(dǎo)的透明材料內(nèi)的定位；
第六、根據(jù)待刻寫光波導(dǎo)的要求，使第一步戶，的三維移動平臺在xy面內(nèi)或是在xyz三維空 間微定路徑移動以制作出二會MH維的光波導(dǎo)；
第七、錢六步艦的光波導(dǎo)刻寫過程中，湖多趟掃描刻寫戯i」寫兩線式波導(dǎo)M;化刻寫
波導(dǎo)的,和尺寸；
本發(fā)明所指的透明固體材料是玻璃、融石英，或非線性晶體鈮酸鋰、磷酸氧鈦鉀，或周期極 化鈮^^和磷 鈦鉀，^&腿晶體。
第二步所述的飛秒激光器系統(tǒng)產(chǎn)生的飛秒激光脈沖的中心波長為775~810nm、脈沖寬度為 5(K150fe、 Sfi頻率為1 5kHz。
第三步ff^^頓衰M^衰M/g用于刻寫光波導(dǎo)的飛秒激M沖的S遣為Q.1 100mJ 。第四步、第五步皿聚焦飛秒 0沖的焦點位 明固,料表,10(K700Mm 。 第六步阮悉的H^隹移動平臺在xy面或xyz空間內(nèi)的移，度為1~500—3 。
本發(fā)明的髓和積 ^:
利用飛秒激光刻寫光波導(dǎo)時(垂鼓ij寫)，將飛秒光束聚焦至U透明材料表ffiT—定深度，在飛 秒激光聚焦區(qū)材料對飛秒脈沖的非線性吸收會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致了作用區(qū)折射率的變化。在 魏的刻寫參數(shù)剝牛下，材禾射斤射率的變化可以允許形戯波導(dǎo)，基于此原理，可以刻寫出各種 不同的掩鵬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。利用飛秒激光刻寫掩埋波導(dǎo)工藝簡單，艦翻的控制樣品移動的車爐， 即可方便的制作二維^H^隹波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因此飛秒激光刻寫是一種簡便、新麵且高效的波導(dǎo)制作 技術(shù)。
與傳統(tǒng)的光刻等表面微B工^i比，飛秒微加工技術(shù)的優(yōu)勢在于該S^C僅可以在各種 材料的表面，而且可以在內(nèi)部進(jìn)行光,微加工；該技術(shù)不需要設(shè)i傳門的光刻樹寂，不需，學(xué) 處S1程，自于加工各種特異設(shè)計的光，微結(jié)構(gòu)。用飛秒激光刻寫可制作，合器、光分束器， 以及在非線性晶體鋼期極化的非線性晶體中亥'」寫用來高'文爐生二次諧波(SHG)的波導(dǎo)等。利 用飛秒激光刻寫透明材料制作光波導(dǎo)的駄可廣g^fflT^光學(xué)領(lǐng)職波導(dǎo)的制作，可方便的 制作二纟蜮 ^1的三維波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等。


1
圖1是本發(fā)明的二維^H^隹波導(dǎo)帝怖體示意亂
圖2是利用本發(fā)明戶誠的波導(dǎo)制作驟和方法制作的PPLN波導(dǎo)。圖2-a是飛秒激光垂;t^寫 制作PPLN波導(dǎo)的示意圖，圖2-b是制作的兩線式波導(dǎo)的截面圖，圖2-c是制作的兩線式波導(dǎo)的近 場細(xì)弒圖3是基于圖2第,的PPLN波導(dǎo)的二次諧波轉(zhuǎn)換光譜亂插圖^ffii光的光譜圖； 圖4是圖3戶/f^的二次諧波轉(zhuǎn)換的斜率效率。
圖中，1飛秒M器，2可變衰麟，3分束器，4功率計，5顯微物鏡，6帶刻寫光波導(dǎo)的透 明固糊料，7計^1JS制的H^移動平臺，8 CCD探測器。
具體實Jfc^;
現(xiàn)結(jié)合附圖和鄉(xiāng)例對本發(fā)明進(jìn)一雜細(xì)說明，但本發(fā)明不限r(nóng)a些實施例。 鄉(xiāng)例l、光波導(dǎo)的制作體
如圖1戶^，該制作^s依次包括
飛秒激光器系統(tǒng)l:用于微刻寫光波導(dǎo)的飛秒激^E沖；可變衰 2:根據(jù)光波導(dǎo)亥IJ寫需要，用于對飛秒激光織出的高軎遣飛秒激^E沖進(jìn)《豫減； 分束器3:用于將可變衰M^衰MiS的飛秒激^E沖進(jìn)行分束；
功率計4:飛秒激光束被分束器分束后其中一束被耦激功率計，用于監(jiān)測刻寫飛秒激^tE沖
的驢；
高數(shù)值孔^M微物鏡5:設(shè)置在分束器后m秒激5tE沖的主^m上，用于將飛秒^C光脈沖緊
聚焦，經(jīng)聚焦的飛秒脈沖垂JA射到待刻寫透明固^M料6上；
三維移動平臺7:用于皿待刻寫光波導(dǎo)的透明固體材料6，并由計^l^fU其二ii^H維的移動。
CCD探測器8:用于監(jiān)測聚焦飛秒激皿的^SR寸及，待刻寫樣品內(nèi)的定位。 實施例2、 3!lX3光分束器的制作
采用中A破長為800nm、脈沖寬度為50fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光作為刻寫激光束，將 其緊聚焦到融破鵬內(nèi)刻寫制作出三維的光分束器。
飛秒激光器l產(chǎn)生中心波長800nm、脈沖寬度為50fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光，脈沖能 量一般可達(dá)mJ敏，細(xì)頓衰鵬2將飛秒脈沖驢衰賠0.5MJ左右，用分束器3將飛秒激 ，分束，由功率計4監(jiān)測脈沖的倉^:小，以便能準(zhǔn)確及時的，可變衰減器2將脈沖^liJl ^S)^需的會遣水平。調(diào)艦倉瞳的飛秒激光束由顯微物鏡5 (NA=0.45)緊聚焦，聚焦的飛秒激 光束垂1A射到融碟鵬6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒^M的大小以及在鵬內(nèi) 的定位，聚焦飛秒激艦焦點位于融M鵬表ffiT200Mm左右，融碟玻鴻6固定在精密三維 移動平臺7上，三維移動平臺7的移動皿為125nm/s,沿x方向移動。為了制作1X3分束器， 將樣品的三維移動路徑預(yù)設(shè)好并由計穀鵬制，分束器的三個波導(dǎo) 在空間互成120°，在出口 端面波導(dǎo)之間的距離互為100Mm，刻寫的三維1X3光分束:I^E 1.05Mm波段具有樹對#11#性， 分束比為32: 33: 35%。
實施例3、 JY鵬分束器的制作
采用中A被長為775nm、脈沖寬度為150fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光作為亥l瀉激艦， 將其緊聚焦到z切鈮,(LN)晶體內(nèi)刻寫出掩鵬波導(dǎo)，制作出二維YMit分束器。
飛秒激光器l產(chǎn)生中心波長775nm、脈沖寬度為150fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光，脈沖 倉遣可達(dá)0,5mJ，采用^T^衰職2將飛秒脈沖倉遣衰艦10nJ左右，用分束器3將飛秒激棘 分束，由功率計4監(jiān)測脈沖的倉獻(xiàn)小，以便能M及時的翻頓衰鵬2將脈沖倉翻輕 所需的育遣水平。調(diào)S6F倉遣的飛秒激光束由顯微物鏡5 (NA=0.4)緊聚焦，聚焦的飛秒激光束 垂1A射到LN晶體6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒^^王的大小以及在LN內(nèi)的定位， 聚焦飛秒激光束焦點位于LN晶體6表fflT 500nm左右，LN晶體6固定在精密三維移動平臺7上，三維移動平臺7的移動艘為50nm/s，沿x方向移動，艮,寫出沿x方向的掩埋光波導(dǎo)。制 ，導(dǎo)的截面y、 z方向的尺寸分別為3pm和20pn，審'Jf乍波導(dǎo)在632.8nm的#^耗為ldB/cm 左右，激光焦點作用區(qū)折射率的變^^勺為6x104。為了制作出Y型分束器，使待刻寫樣品沿Y型 的路徑移動，Y型分束器兩臂的夾角為0.5。，兩臂在出射端之間的距離為60nm，刻寫的分束器分 光比為l丄1。
實施例4、用于產(chǎn)生二次諧波(SHG)的光波導(dǎo)的制作
采用中心波長為800nm、脈沖寬度為薩、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光作為刻寫激棘， 將其緊聚焦到z切周期極化鈮酸鋰(PPLN)晶體內(nèi)刻寫出掩 :波導(dǎo)，制作的波導(dǎo)可以用來產(chǎn)生 SHG。
飛秒激光器l產(chǎn)生中心波長800nm、脈沖寬度為100fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光，脈沖 倉遣""^可達(dá)mJ敏，采用^^衰M^2將飛秒脈沖倉,MMlMJ左右，用分束器3將飛秒激 ，分束，由功率計4監(jiān)測脈沖的l^:小，以便能準(zhǔn)確及時的OT^T^衰減器2將脈沖倉gM ^ff需的育^7jC平。調(diào) 倉遣的飛秒激皿由顯微物鏡5 (NA=0.4)緊聚焦，聚焦的飛秒激 光束垂JA射到PPLN s曰曰體6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒3tM的大小以及在PPLN 內(nèi)的定位，聚焦飛秒激 焦點位于PPLN晶體6表面下lOOum左右，PPLN晶體6固定在精密 三維移動平臺7上，三維移動平臺7的移動皿為10nm/s，沿X方向移動，刻寫出沿x方向的掩 W;波導(dǎo)。翻多動3職U寫(10驢鼓i瀉，每趟在y方向位移0.5Mm)增加亥ij寫波導(dǎo)的寬度， 獲f雜1550nm為斜割彌的掩鵬波導(dǎo)，離導(dǎo)截面尺寸為11.7pm和8.7pm，波導(dǎo)的#^^員耗 為Z2dB/cm。將制作的波導(dǎo)用于1550nm激光的倍頻，獲得的SHG效率為6xlO—Vo/W。
實施例5、用于產(chǎn)生二次諧波(SHG)的光波導(dǎo)的制作
采用中心波長為800nm、脈沖寬度為130fe、重復(fù)頻率為5kHz的飛秒激光作為刻寫激光束， 將其緊聚焦到z切周期極化磷自鈦鉀(PPKTP)晶體內(nèi)刻寫出掩 ;波導(dǎo)，制作的波導(dǎo)可以用 來產(chǎn)生SHG。
飛秒激光器l產(chǎn)生中心波長800nm、脈沖寬度為BOfs、重復(fù)頻率為5kHz的飛秒激光，脈沖 貪遣200^j，采用^衰 2將飛秒脈沖倉遣衰MM 2mJ左右，用分束器3將飛秒激光束分束， 由功率計4監(jiān)測脈沖的育遣大小，以便能準(zhǔn)確及時的^ffl^S減器2將脈沖倉自^SJ^需的 倉遣水平。調(diào)觀驢的飛秒激光束由顯微物鏡5 (NA=0.42)緊聚焦，聚焦的飛秒激棘垂;IA 射到PPKTP晶體6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒光斑的大小以及在PPKTP內(nèi)的定位， 聚焦飛秒激M焦點^i于PPKTP晶體6表面下200mhi左右，PPKTP晶體6固定在精密三維移動 平臺7上，三維移動平臺7的移動鵬為50Mm/s,沿x方向移動刻寫出沿x方向的掩鵬波導(dǎo)。 采用多fife描刻寫(10驢復(fù)刻寫，每趟在y方向位移a8Mm)增力劇寫波導(dǎo)的離，獲f雜1550nm為^^繊的掩鵬波導(dǎo)，微導(dǎo)截面x、 7方向尺寸分別為8.1岬和9.3^，波導(dǎo)的f^^員耗為 ldB/cm。將制作的波導(dǎo)用于980nm激光的倍頻，獲得的SHG效率為0.22%/W (0.002%)。 實施例6、用于產(chǎn)生二次諧波(SHG)的光波導(dǎo)的制作
采用中心波長為800nm、脈沖離為50fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光作為刻寫激光束，將 其緊聚焦到z切周期極化憐麟鐵鐘(PPLN)晶體內(nèi)亥l瀉出兩線^f鵬波導(dǎo)，帝,的波導(dǎo)可以 用來產(chǎn)生SHG。
飛秒激光器1產(chǎn)生中A被長800nm、脈沖寬度為50fe的飛秒激光，脈沖倉瞳1可達(dá)mJ量 級，細(xì)^^衰職2將飛秒脈沖畬^^賠10pJ左右，用分束器3將飛秒激艦分束，由功率 計4監(jiān)測脈沖的會g小，以便能準(zhǔn)確及時的^ffl^T^衰減器2將脈沖倉^i周M3g^需的倉^fcK 平。調(diào)S&倉遣的飛秒激皿由顯微物鏡5 (NA=0.4)緊聚焦，聚焦的飛秒'激3tm垂:tA射到PPLN 晶體6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒光斑的大小以及在PPLN內(nèi)的定位，聚焦飛秒激 M焦點位于PPLN晶體6表面下200拜左右，PPLN晶體6固定在精密三維移動平臺7上，三 維移動平臺7的移動鵬為400Mm/s，沿x方向移動亥lJ寫出沿x方向的掩JI^波導(dǎo)。為了提敲U寫 的波導(dǎo)用于產(chǎn)生二次諧波時的轉(zhuǎn)換效率，刻寫了兩線式波導(dǎo),兩 Mij寫^S之間的距離相隔lOnm， 最后獲得1550nm波段對對輸?shù)难赟^波導(dǎo)。兩線式波導(dǎo)的導(dǎo)光區(qū)域位于兩條刻痕域的中間， 其周期極化結(jié)構(gòu)未被破壞，且非統(tǒng)縣數(shù)條不變，有利于提高SHG的轉(zhuǎn)換效率。將制作的波導(dǎo) 用于1550nm波段鎖模皮秒光纖激光器(重復(fù)頻率6GHz，脈沖寬度60皮秒)的倍頻，獲得了 34.8% 的轉(zhuǎn)換效率，而相同條一牛下在體汰晶體中的轉(zhuǎn)換效率為24.8%。
鄉(xiāng)例7、用于產(chǎn)生二次諧波(SHG)的光波導(dǎo)的制作
采用中心波長為800ran、脈沖寬度為100fs、重復(fù)頻率為lkHz的飛秒激光作為刻寫激光束， 將其緊聚焦到z切周期極化磷Mft鈦鉀(PPKTP)晶體內(nèi)亥IJ寫出兩線織埋光波導(dǎo)，審,的波導(dǎo) 可以用來產(chǎn)生SHG。
飛秒激光器1產(chǎn)生中心波長800nm、脈沖寬度為IO她的飛秒激光，脈沖倉遣一般可達(dá)mJ量 級，采用可變衰麟2將飛秒脈沖貪戯賠100joJ左右，用分束器3將飛秒激棘分束，由功 率計4監(jiān)測脈沖的倉^C小，以便能準(zhǔn)確及時的采用可變衰減器2將脈沖倉,SMM需的倉遣 水平。調(diào),倉遣的飛秒激 由顯微物鏡5 (NA=0.4)緊聚焦，聚焦的飛秒激光束垂^A射到 PPKTP晶體6的xy面，由CCD探測器8監(jiān)測聚焦飛秒^S的大小以及在PPKTP內(nèi)的定位，聚 焦飛秒激^^焦點位于PPKTP晶體6表面下300pm左右，PPLN晶體6固定在精密三維移動平臺 7上，三維移動平臺7的移動速度為lOOnm/s,沿x方向移動刻寫出沿x方向的掩皿波導(dǎo)。為了 提敲ij寫的波導(dǎo)用于產(chǎn)生二次諧波時的轉(zhuǎn)換效率，刻寫了兩線式波導(dǎo)，兩7效i瀉OT之間的距離 相隔14nm，最后獲得1064nm波段對對彌的掩埋光波導(dǎo)。兩線式波導(dǎo)的導(dǎo)光區(qū)域位于兩條刻痕域的中間，其周期極化娜未被破壞，且非線'隨數(shù)鵬不變，有利于提高SHG的轉(zhuǎn)換效率。將 制作的波導(dǎo)用于1064nm調(diào)QNd: YAG激光(脈沖寬度5ns， M頻率10Hz)的倍頻，獲得的SHG 效率為39.6%。
權(quán)利要求
1、一種利用飛秒激光在透明固體材料中制作光波導(dǎo)的裝置，其特征在于該裝置依次包括飛秒激光器系統(tǒng)用于提供刻寫光波導(dǎo)的飛秒激光脈沖；可變衰減器根據(jù)光波導(dǎo)刻寫需要，用于對飛秒激光器輸出的飛秒激光脈沖能量進(jìn)行衰減；分束器用于將可變衰減器衰減后的飛秒激光脈沖進(jìn)行分束以便對脈沖能量進(jìn)行實時監(jiān)測；功率計飛秒激光束被分束器分束后其中一束被耦合進(jìn)功率計，用于監(jiān)測刻寫飛秒激光脈沖的能量；高數(shù)值孔徑顯微物鏡設(shè)置在分束器后面飛秒激光脈沖的主光路上，用于將飛秒激光脈沖緊聚焦；三維移動平臺用于放置待刻寫光波導(dǎo)的透明固體材料樣品，并由計算機(jī)精確控制其二維或三維的移動。CCD探測器用于監(jiān)測聚焦飛秒激光束的光斑尺寸及其在待刻寫樣品內(nèi)的定位。
2、 一種^ffl權(quán)利要求i戶皿的sa祀楚明固,料中制作光波導(dǎo)的方法，，征在于M飽括第一、a稱刻寫光波導(dǎo)的透明固糊料固定于三維移動平臺上，H^隹移動平臺由計^m自動控制；第二、由飛秒激光器系^生飛秒激^E沖，并將高^ 的飛秒 沖經(jīng)可^^ 進(jìn)行衰減；第三、用分束 飛秒激光脈沖分束，由功率計監(jiān)測脈沖的育^^:小，以便與第二步臓的可變衰 配合將飛秒激光脈沖的|翻輕刻寫光波導(dǎo)所需的倉瞳^^平；第四、將調(diào)觀育隨的飛秒激m沖由NA^3^.65的高數(shù)值孔^M微物鏡緊聚焦，聚焦的 飛秒激^E沖垂直待刻寫光波導(dǎo)的透明固m料的xy面入射，飛秒激 沖的焦點位，明固體 材料xy表MT;第五、錢四步戶艦的將飛秒激^A射妾隨明材料內(nèi)部吋，采用CCD探測器來監(jiān)測飛秒激 光焦點在待刻寫波導(dǎo)透明固體材料樣品內(nèi)的定位；第六、根據(jù)待刻寫光波導(dǎo)的要求，j蝶一步鵬的三維移動平臺在xy面內(nèi)或是在xyz三維空 間，定路45移動以制作出二纟MH維的光波導(dǎo)；第七、在第六步戶艦的光波導(dǎo)刻寫過程中，采用多趟掃職iJ寫戯J寫兩線式波導(dǎo)M:化刻寫波導(dǎo)的皿和尺寸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2戶M的方法，，征在于本發(fā)明所指的透明固m料是自、融a， 或非線性晶體鈮M、磷酸氧鈦鉀，OT期極化IMi和磷,鈦鉀，^S機(jī)鹽晶體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第二步所悉的飛秒激光器系統(tǒng)產(chǎn)生的飛秒激光 脈沖的中心波長為775~810nm、脈沖寬度為5(M50fs、重復(fù)頻率為1 5kHz。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2戶腿的方法，辦征在于第二步0 ^可變衰^^衰Mlg用于刻寫光波 導(dǎo)的飛秒激光脈沖的f讀為0.1 l(KW 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第四步、第五步戶/M聚焦飛秒激3feE沖的焦點 位ffl明固,料表ffiT 100~700阿。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第六步所述的三維移動平臺的移動速度為 l~500pm/s 。
全文摘要
一種利用飛秒激光在透明固體材料中制作光波導(dǎo)的裝置及方法。該裝置包括飛秒激光器系統(tǒng)、可變衰減器、分束器、功率計、顯微物鏡、三維移動平臺和CCD探測器。制作方法是由飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生飛秒脈沖，將脈沖能量衰減至所需大小，通過顯微物鏡緊聚焦將飛秒脈沖垂直入射到透明材料表面以下，利用飛秒激光和材料非線性作用產(chǎn)生的折射率變化，從而制作出二維或三維光波導(dǎo)，采用多趟掃描刻寫或刻寫兩線式波導(dǎo)可優(yōu)化制作波導(dǎo)的形狀和尺寸。本發(fā)明在透明固體材料中刻寫掩埋波導(dǎo)工藝簡單，可方便、高效的制作如耦合器、分束器以及用來產(chǎn)生二次諧波的波導(dǎo)等二維或三維波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，是一種簡便、新穎而且高效的光波導(dǎo)制作技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于集成光學(xué)領(lǐng)域。
文檔編號G02F1/377GK101576711SQ20081015474
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者呂福云, 張雙根, 李勇男, 涂成厚, 王宏杰 申請人:南開大學(xué)