飛秒激光微加工中軸向超分辨相位板的設計及仿真

蔡建文

（1.常州工學院 光電工程學院，常州213002；2.常州現代光電技術研究院，常州213002；3.常州市光電子材料與器件重點實驗室，常州213002）

引言

飛秒激光是20世紀后期發展起來的一種新型激光技術，它瞬間功率高［1-2］。與傳統激光系統相比，它是一種冷加工激光，加工材料在飛秒激光作用下熱變形小，可獲得亞微米級寬度的直線和點，已成為激光微加工領域的發展方向之一。飛秒激光微加工是采用逐點掃描加工方式，其焦點光斑光場的分布直接影響到加工的質量。由于受到激光束腰及透鏡衍射效應的影響，焦斑光場在空間分布呈橢球形，在三維光致聚合微成形加工中，用高倍物鏡（100×，NA＝1.4）聚焦，焦斑軸向尺寸也約是其橫向尺寸的3倍［3］。將這樣的焦斑應用于激光微加工，將大大降低激光加工的精度。為了提高激光微加工質量，必須對焦斑進行整形，實現軸向超分辨。1954年Toraldo提出超分辨的概念［4］后，人們研究了一系列的振幅型和位相型超分辨元件和方法［5-9］，通過模擬證明這些振幅型和相位型元件可提高焦斑軸向或橫向的分辨率。國內在超分辨技術方面，上海光機所設計出復振幅光瞳濾波器可以分別實現焦斑的軸向或橫向超分辨，與共焦系統結合后在一定程度上提高了三維分辨率［10］；上海理工大學基于嚴格的光學成像矢量衍射理論，通過詳細研究非對稱三區復振幅型光瞳濾波器的內外環歸一化半徑、各環相位分布和第一層透過率對y方向分辨率增益比、斯特爾比和第一旁瓣與主瓣相對強度的影響，設計了一種非對稱三區相位型光瞳濾波器［11］。……