科研一角|飞秒激光微纳加工光纤功能器件研究进展

文章来源：北科新材浏览次数：4118时间：2021-02-05 QQ学术交流群：1092348845

作者：李金健，刘一，曲士良

一、飞秒激光直写技术

1.1飞秒激光直写机理

飞秒激光直写技术将输出激光聚焦到目标物的待加工区域，对其进行扫描，实现对部分区域的改性或者消除。

1.2飞秒激光直写波导

飞秒激光直写波导技术是基于飞秒激光诱导材料内部局域折射率产生变化，一般将飞秒激光聚焦到材料内部，通过计算机控制的三维平台移动样品，将所设计的结构刻写在材料内部形成光波导。

1.3飞秒激光直写光栅

飞秒激光直写光栅时，通常先将聚焦激光沿光纤轴向扫描，诱导内部产生折射率调制，曝光移动一段距离，遮挡激光再移动相同距离，重复该过程，完成光纤内部的周期性折射率改变。

1.4飞秒激光直写光纤法布里－珀罗干涉仪

传统自由空间法布里－珀罗（ＦＰ）干涉仪由两块表面都具有高反射率的平行玻璃镜片组成，光束在两个镜面之间多次反射，形成干涉。与传统的空间ＦＰ干涉仪相比，全光纤结构的ＦＰ干涉仪尺寸更小、结构紧凑、制备简便。

二、光纤功能器件的飞秒激光双光子聚合制备

2.1飞秒激光双光子聚合原理

双光子聚合是在强光作用下材料同时吸收两个光子而引发的聚合过程。飞秒脉冲激光在很低的平均功率下具有较大的脉冲能量，因此聚焦后的飞秒脉冲激光与材料相互作用时，很容易引发物质的双光子吸收。

2.2飞秒激光聚合制备光纤干涉仪

光纤干涉仪具有尺寸小、质量轻、抗电磁干扰、一体性强等特点，在光通信、信息处理和传感中已被广泛使用。

三、飞秒激光诱导水击穿

3.1飞秒激光诱导水击穿原理

当较大脉冲能量的飞秒激光聚焦到水中时，飞秒激光脉冲会诱导水产生光学击穿现象，水分子会被飞秒激光脉冲电离，产生具有高温高压的等离子体，在水中迅速绝热膨胀，其内能向水中传递，在水中产生冲击波和激光空泡。

3.2飞秒激光诱导水击穿加工微通道

3.3飞秒激光水辅助加工光纤干涉仪

四、结论

将飞秒激光微纳加工技术、光纤传感技术与微流体芯片技术相结合能够拓宽微流体芯片系统的应用领域，使其不再局限于样品分离、检测等单一功能，而成为真正的集成样品引入、混合、分离、检测等功能的微全分析系统。此外，还应探索可用于微纳加工的可降解、生物兼容性较强的材料，优化制备参数，改进并完善器件性能，推动飞秒激光加工技术更快速的发展。

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