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飛秒激光微加工技術(shù)在光通訊領(lǐng)域的應(yīng)用

星之球激光 來源:佳工機電網(wǎng)2013-05-21 我要評論(0 )   

光通信的高速率、大容量和寬帶寬的發(fā)展方向,要求光電器件的高度集成化。而集成化的前提是光電器件的微型化。因此,光電器件的微型化是當前光通信領(lǐng)域研究的前沿和熱點...

       光通信的高速率、大容量和寬帶寬的發(fā)展方向,要求光電器件的高度集成化。而集成化的前提是光電器件的微型化。因此,光電器件的微型化是當前光通信領(lǐng)域研究的前沿和熱點。近年來,相比傳統(tǒng)的光電技術(shù),飛秒激光微加工技術(shù)將成為新一代光電器件的制造技術(shù)。國內(nèi)外學(xué)者在光波導(dǎo)的制備技術(shù)等諸多方面進行了有益的探索,取得了很大的進展。

(1)光波導(dǎo)的制備光波導(dǎo)易于和光纖通信系統(tǒng)耦合且損耗小,在頻域中呈現(xiàn)出豐富的傳輸特性,成為光纖器件的研究熱點。與離子注入法和熱擴散型離子交換法等目前常用的制作方法相比,飛秒激光制作波導(dǎo)在室溫環(huán)境下進行,過程簡單,波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在高溫時仍能保持良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性。美國學(xué)者用飛秒激光制備的增益光波導(dǎo)長1cm,可產(chǎn)生3dB/cm的信號增益。大阪大學(xué)的WatanabeW等用85fs、重復(fù)頻率1kHz、單脈沖能量1.5μJ的鈦藍寶石激光制作的多模干涉波導(dǎo)陣列,實現(xiàn)了高階模輸出。目前,利用計算機精密控制飛秒激光加工平臺,可以在材料內(nèi)部的任意位置制得任意形狀的二維、三維或單模光波導(dǎo)。

(2)光柵的制備光柵在光通訊、色散補償、光纖傳感等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對光柵提出了更高的要求:①不同幾何形狀排列,如六角陣列光柵;②在光纖內(nèi)部刻劃,如Bragg(布拉格)光纖光柵。傳統(tǒng)加工方法工序繁雜、制作的光柵穩(wěn)定性差、壽命短。而飛秒激光微加工克服了這些缺點,永久性改變折射率,改變量高達0.05,實現(xiàn)直接刻劃,順應(yīng)了現(xiàn)代光柵微型化和多樣化的發(fā)展趨勢。MihailovS等人采用鈦寶石飛秒激光在摻鍺通信光纖纖芯上獲得的反射Bragg光柵,具有折射率調(diào)制范圍廣,溫度穩(wěn)定性高的特點。

(3)光子晶體的制備光子禁帶和光子局域是光子晶體的兩大特征,使其極有可能取代大多數(shù)傳統(tǒng)的光學(xué)產(chǎn)品。但是微米甚至亞微米級三維復(fù)雜光子晶體的制備技術(shù)是急需解決的關(guān)鍵問題。飛秒激光雙光子聚合法靈活,加工精度高,是制備光子晶體的理想選擇。SunHB等人采用飛秒激光制出任意晶格的光子晶體,它能單獨地為單個原子選址。SerbinJ等人采用飛秒激光雙光子聚合得到結(jié)構(gòu)尺寸小于200nm,周期為450nm的三維微結(jié)構(gòu)和光子晶體。MarkusDeubel采用飛秒激光直接掃描法制出應(yīng)用于無線電通信的三維光子晶體。國內(nèi)的戴起勛等制出桿、層間距均5μm,共4層,分辨率為1.1μm的層狀木堆型光子晶體。

(4)光存儲使用高分辨率存儲材料無疑會增加記錄密度,而采用超短激光進行亞微米級操作會得到更好的效果。飛秒激光多光子吸收作用引起材料的永久性光致還原現(xiàn)象,為超高密度三維立體光存儲提供了一個全新的思路,存儲密度可達~10^13bits/cm^3。其特點:①快速的數(shù)據(jù)讀、寫、擦寫、重寫;②并行數(shù)據(jù)隨機存取;③相鄰數(shù)據(jù)位層間串擾小;④存儲介質(zhì)成本低。飛秒激光三維立體光存儲技術(shù)成為當前海量存儲技術(shù)發(fā)展的一個新研究方向。

(5)微通道的制備聚合物力學(xué)性能好,具有生物相容性,而且飛秒激光光束幾乎可以毫無衰減地到達透明材料內(nèi)部的聚焦點,入射激光唯有在該點位置才能獲得較高的功率密度,發(fā)生非線性多光子吸收和電離,實現(xiàn)材料內(nèi)任意部位三維微結(jié)構(gòu)的直寫。采用150fs鈦藍寶石脈沖激光在聚甲基丙烯酸甲脂(Poly-methylMethacrylate:PMMA)內(nèi)制備出最小直徑2μm、最長達10mm的微通道,道壁光滑且沒有裂紋,沒有損壞透明材料表面,這種微通道將廣泛用于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)如DNA拉伸、微統(tǒng)計分析系統(tǒng)等。

 

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