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飞秒激光微加工技术应用光通讯领域
[2013/4/7 8:38:00]   来源:中国之光网   编辑:zhaomingr   评论0
摘要:光通信的高速率、大容量和宽带宽的发展方向,要求光电器件的高度集成化。而集成化的前提是光电器件的微型化。因此,光电器件的微型化是当前光通信领域研究的前沿和热点。近年来,相比传统的光电技术,飞秒激光微加工......
光通信的高速率、大容量和宽带宽的发展方向,要求光电器件的高度集成化。而集成化的前提是光电器件的微型化。因此,光电器件的微型化是当前光通信领域研究的前沿和热点。近年来,相比传统的光电技术,飞秒激光微加工技术将成为新一代光电器件的制造技术。国内外学者在光波导的制备技术等诸多方面进行了有益的探索,取得了很大的进展。

  (1) 光波导的制备 光波导易于和光纤通信系统耦合且损耗小,在频域中呈现出丰富的传输特性,成为光纤器件的研究热点。与离子注入法和热扩散型离子交换法等目前常用的制作方法相比,飞秒激光制作波导在室温环境下进行,过程简单,波导结构在高温时仍能保持良好的质量和稳定性。美国学者用飞秒激光制备的增益光波导长1 cm,可产生3 dB / cm的信号增益 。大阪大学的Watanabe W 等用85 fs、重复频率1 kHz、单脉冲能量1.5μJ的钛蓝宝石激光制作的多模干涉波导阵列 ,实现了高阶模输出。目前,利用计算机精密控制飞秒激光加工平台,可以在材料内部的任意位置制得任意形状的二维、三维或单模光波导。

  (2) 光栅的制备 光栅在光通讯、色散补偿、光纤传感等领域中发挥着不可替代的作用。光产业的发展,对光栅提出了更高的要求: ①不同几何形状排列,如六角阵列光栅; ②在光纤内部刻划,如Bragg (布拉格)光纤光栅。传统加工方法工序繁杂、制作的光栅稳定性差、寿命短。而飞秒激光微加工克服了这些缺点,永久性改变折射率,改变量高达0.05 ,实现直接刻划,顺应了现代光栅微型化和多样化的发展趋势。Mihailov S等人采用钛宝石飞秒激光在掺锗通信光纤纤芯上获得的反射Bragg光栅,具有折射率调制范围广,温度稳定性高的特点 。

  (3) 光子晶体的制备 光子禁带和光子局域是光子晶体的两大特征,使其极有可能取代大多数传统的光学产品。但是微米甚至亚微米级三维复杂光子晶体的制备技术是急需解决的关键问题。飞秒激光双光子聚合法灵活,加工精度高,是制备光子晶体的理想选择。Sun H B等人采用飞秒激光制出任意晶格的光子晶体,它能单独地为单个原子选址 。Serbin J 等人采用飞秒激光双光子聚合得到结构尺寸小于200 nm,周期为450 nm的三维微结构和光子晶体 。MarkusDeubel采用飞秒激光直接扫描法制出应用于无线电通信的三维光子晶体 。国内的戴起勋等制出杆、层间距均5μm,共4层,分辨率为1.1μm的层状木堆型光子晶体 。

  (4) 光存储 使用高分辨率存储材料无疑会增加记录密度,而采用超短激光进行亚微米级操作会得到更好的效果。飞秒激光多光子吸收作用引起材料的永久性光致还原现象,为超高密度三维立体光存储提供了一个全新的思路,存储密度可达~10^13 bits/ cm3 。其特点: ①快速的数据读、写、擦写、重写; ②并行数据随机存取; ③相邻数据位层间串扰小; ④存储介质成本低。飞秒激光三维立体光存储技术成为当前海量存储技术发展的一个新研究方向。

  (5) 微通道的制备 聚合物力学性能好,具有生物相容性,而且飞秒激光光束几乎可以毫无衰减地到达透明材料内部的聚焦点,入射激光唯有在该点位置才能获得较高的功率密度,发生非线性多光子吸收和电离,实现材料内任意部位三维微结构的直写。采用150 fs钛蓝宝石脉冲激光在聚甲基丙烯酸甲脂( Poly-methylMethacrylate:PMMA)内制备出最小直径2μm、最长达10 mm的微通道,道壁光滑且没有裂纹,没有损坏透明材料表面,这种微通道将广泛用于生物医学技术如DNA拉伸、微统计分析系统等。
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