Light Adv. Manuf. | 高通量直写中尺度二元光学元件
本文由论文作者团队投稿
衍射光学元件的体积小、重量轻、紧凑性极佳，在实现激光束空间模式按需转化的同时，符合集成光学系统的小型化趋势。由于其波前调制性能由表面轮廓直接决定，制备策略必须满足加工精度高、表面粗糙度低的要求。
飞秒激光直写技术具备亚微米级的分辨率，在设计自由度和快速原型开发等方面具有独特的优势，已被广泛应用于复杂衍射光学元件的制造。
然而，受到其串行扫描策略的限制，飞秒激光直写也存在可扩展性与吞吐量较低的问题，难以在器件整体尺寸、加工吞吐量和分辨率之间实现恰到好处的权衡。目前，如何在不影响轮廓保真度的同时，扩展衍射光学元件的尺寸以适应不同功能化应用的需求，仍然面临着不小的挑战。
为了解决上述问题，来自天津大学的胡明列教授团队提出了一种基于飞秒长焦深光束直写制备二元光学元件（BOE）的技术，仅需单层扫描便可制备中尺度的高质量二元锥透镜。该团队证明了所制备的元件在三维形貌和光学性能上都与设计高度吻合，该技术有望在不牺牲制造精度的前提下，显著提升各类功能性衍射光学元件的制备效率。
该成果以High throughput direct writing of a mesoscale binary optical element by femtosecond long focal depth beams为题发表在Light: Advanced Manufacturing。
该工作将纯相位型空间光调制器引入传统双光子光刻系统中，沿着光束传播方向主动扩展紧聚焦光斑的焦深。如图1所示，长焦深光束可以对光刻胶层实现贯穿式曝光，将逐点逐层的扫描策略演化为单层曝光，从而在保持微米级分辨率的同时成倍地缩短加工时间。
图1：实验装置示意图及二元锥透镜的几何形貌、光学性能表征
论文信息
Yue Yang, Erse Jia, Xinyu Ma, Chen Xie, Bowen Liu, Yanfeng Li, Minglie Hu. High throughput direct writing of a mesoscale binary optical element by femtosecond long focal depth beams[J]. Light: Advanced Manufacturing 4, 42(2023). doi: 10.37188/lam.2023.042
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