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FemtoLAB实验级飞秒激光微加工系统

​FemtoLAB飞秒激光微加工系统提供全套加工系统组件,配备高精度的线性定位平台,高性能的振镜扫描仪和通用微加工软件SCA,是实验室的最佳解决方案。此外,它还为科研工作者提供定制化服务。更多应用案例请查看下方应用模块。

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图1 femtoLAB SZU主方案。最终的光学结构可能不同。



主要部件产品规格参数

飞秒激光光源Pharos

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中心波长

1028 nm ± 5 nm

最大平均功率

10 W(@1028

重频

1 kHz – 1 MHz

光斑直径

3±1nm

脉宽范围

290 fs – 10 ps (20 ps 根据要求)

最大脉冲能量

> 0。2 mJ 或 > 0。4 mJ

光束质量

TEM00; M2 < 1.2

脉冲选择

包含


 工业谐波发生器(IHG)

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二倍频

514 nm

转换效率

>50%@514nm

光束质量

M2 < 1.3@@514nm

波长可调

自动

IHG模块直接安装在激光器的输出端并集成到系统中

外部电源控制2台

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自动

能量控制

0-100%

波长

1028nm,514nm

能量校准

自动

时间色散

t<4fs for 100fs


XYZ1Z2四轴定位系统

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总行程 XYZ1Z2

200 x 100 x 5 + 50 mm

XY轴

空气轴承

XY轴精度

±400nm

Z1轴精度(5mm行程)

±1。5um

Z2轴精度(50mm行程)

±2.5um

控制XYZ1位移

<50nm

XY最大速度

500mm/s

XY重复精度

±100nm

Z1最大速度

4mm/s

XY最大加速度

0。5G



空间光调制器(SLM)

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矩阵尺寸

SXGA(1280x 1024 pixels)

操作波长

510 ± 50 nm

输入电平数

256 (8 bits) levels

有效面积

16 mm x 12。8 mm

最大空间分辨率

25 lp/mm

光利用率

98%


SCA操作软件

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激光点火

激光能量

脉冲重频

功率衰减

自动和手动控制位移台

通过软件读出光束功率

文件输出格式DXF,STL,PLT,BMP,TXT




高速、高精度微加工

内置高品质工业级飞秒激光器PHAROS系列

亚微米分辨率加工精度

超小热效应加工区域

纳米级样品定位精度

高品质扫描振镜引导光束

电脑控制激光参数调节

提供定制化服务



>>点此下载产品手册:

                                       femtoLAB_kit_r5.pdf


更多下载


    表面微-纳结构

    选择性烧蚀

    钻微孔

※ 3D 激光直写

※ 光诱导刻蚀

※ 折射率改变

※ 划片和切割

※ 多光子聚合


加工案例

下面提供的图片是使用不同的摄影技术:扫描电镜,白光表面轮廓曲线仪。使用不同谐波,光束形状单元,聚焦镜加工的样品。

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图2为橄榄石样品实验前表面的SEM照片。在破碎的样品中最小的一块上的试验(左)。为复杂形状的样品设计图案,从可用的切割面积中优化得到最大数量的圆盘(中间)。最后根据扫描轨迹准备样品。一些部分的样品似乎有少量的碎片,这表明对晶体结合厚度的变化无损伤或者影响较弱。激光加工后无需清洗。

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图3橄榄石表面烧蚀圆槽的SEM照片。圆凹槽直径从35um到150μm,深度7 - 10μm(左)。底部的凹槽(40μm直径光盘)切除。凹槽深度高达~25μm(波长和脉冲持续时间保密)。

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4光伏材料硅(Si)表面背接触SEM照片(ʎ = 343 nm, τ = 300 fs). 

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图5 BST陶瓷烧蚀槽。SEM照片(左)和线交叉的扫描图像(波长和脉冲宽度保密)。

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图6玻璃管直径5μm孔钻的SEM照片(波长和脉冲持续时间保密)。

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图7不锈钢合金钻通孔SEM照片。过程需要特殊光束移动装置(ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)

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图8 切割厚度200μm 的PLLA聚合物,前表面(左)和背面SEM照片 (ʎ= 343 nm,τ= 300 fs)。

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图9光纤上各种直径孔的SEM照片(左)。10μm直径孔钻在纤维的核心暗视野照片 (ʎ = 1030 nm, τ = 300 fs).

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图10光纤顶端微透镜的SEM(左)和采用多光子聚合技术在纤维顶端制作的微透镜的SEM照片 (ʎ = 515 nm, τ = 300 fs)

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图11立陶宛科学家在直径50毫米的介电镜表面制作的照片(左)。SEM照片≈15μm像素(ʎ = 1030 nm, τ = 300 fs)。

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图12表面声波换能器在YZ-LiNbO 3上通过选择性烧蚀薄铬层制成的照片 (左)。SEM(前照式)照片传感器(ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)。

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 图13陶瓷和PET sandiwtch钻孔的SEM照片(ʎ= 515nm,τ= 300 fs)。

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图14在厚度250μm AIN 基底钻孔和线刻的SEM照片(ʎ= 343nm,τ= 180 fs)。

image.pngimage.png

图15黄铜微刻的光学照片 (ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)。

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图16在厚度320 μm基底(non-tempered 320 T glass)上打直径50um孔的光学显微照片

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图17氮化硅介电层选择性烧蚀的SEM照片。这个过程需要特殊光束整形单元(ʎ= 1030nm,τ= 10 ps)。

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图18蓝宝石表面改性SEM图像(ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)。

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图19玻璃表面烧蚀六角花纹的SEM照片。线宽10μm(ʎ= 515nm,τ= 300 fs)。

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图20多光子聚合法制备三维光子晶体的SEM图像技术(ʎ= 515nm,τ= 300 fs)。

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图21利用多光子聚合技术制作的各种三维元素光栅(左)和轴突的SEM图像(ʎ= 515nm,τ= 300fs)


更多应用


时空聚焦技术在飞秒激光微加工领域中的应用

图1 飞秒激光时空聚焦技术的基本原理

F。He,et al,Opt。 Lett。 2015:26B2_3 


如图1,飞秒激光时空聚焦技术的基本原理为:先利用一对光栅使脉冲的不同频率分量在空间上展开,引入一定的空间啁啾,再利用物镜进行聚焦,只有在物镜的焦点处,脉冲的不同频率分量在空间上才是重合的, 可以达到傅里叶变换极限的最短脉冲宽度,峰值光强也最高。在偏离几何焦点的位置,由于不同频率分量在空间上分开造成脉冲宽度的展宽,峰值光强会迅速下降。其基本原理如图1所示,可以看出时空聚焦具有在时间域和空间域同时聚焦的效果.值得注意的是,在飞秒激光脉冲进入光栅对(G1-G2)之前,需要引入一定的正啁啾来补偿光栅对引入的负啁啾。

图2  飞秒激光时空聚焦系统光路图

F. He et al, Opt. Lett. 35, 1106 (2010)

图3 传统聚焦和时空聚焦在焦点处的光强分布

F。 He et。 al,  Opt。 Lett。 35,  1106 (2010)


利用时空聚焦新技术:超快激光脉冲在传输过程中不仅空间上被汇聚,同时时间上也被汇聚。在焦点上同时达到最短的脉冲宽度和最高的峰值光强,促进了分辨率的提高。


部分应用 

  1.获得各向同性的加工分辨率


利用飞秒激光时空聚焦技术可以有效地解决飞秒激光微加工中纵向和横向加工分辨率不对称的问题,这一点已经被应用于沿不同的直写方向制备具有圆形截面的微流通道。有实验表明,在合适的实验参数下,无论沿x方向或y方向直写均可获得具有圆形截面的微流通道,说明利用该技术可以实现通过采用单个物镜聚焦获得各向同性的加工分辨率,与狭缝整形或像散整形等光束整形技术相比,该技术不用考虑直写方向,可以在透明材料内部加工出截面为圆形的任意复杂的三维微结构,因而在微流体、微光子学、三维光流集成等研究领域中有广阔的应用前景。

图4 通过3D打印的微流体芯片

图片来源于网络



  2.抑制低数值孔径加工的非线性效应


在传统聚焦的情况下,利用低数值孔径聚焦的情况下实现对较厚透明材料的加工通常是非常困难的。这是由于当焦斑尺寸较大时,其焦深也较长,因而很容易在焦点以外产生自聚焦等非线性效应。在保持脉冲宽度、脉冲能量和焦斑大小不变时,时空聚焦的脉冲可以在玻璃样品的后表面诱导电离,而在材料中传播的过程中不与材料发生非线性相互作用。时空聚焦技术的这一优势为低数值孔径条件下对较厚的透明材料进行三维加工提供了有力手段。


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图5 通过3D打印的小狗和大象

图片来源于程亚教授【光学极端非线性】


  3.生物组织的精密切割


利用飞秒激光对人体组织进行精密切割手术是目前飞秒激光微加工最为重要的商业应用之一。利用时空聚焦技术可以有效地提高飞秒激光对生物组织的烧蚀精度。有实验表明,当利用传统聚焦的飞秒激光对样品烧蚀时,切口的纵向深度达到了1mm,而且切口深入到了晶状体的内部,这对于其表面的精密切割是十分不利的。而利用时空聚焦技术时,切口的纵向深度仅为200μm。由于时空聚焦技术可以抑制焦点外的非线性效应,切口被限制于晶状体的表面,样品的内部完全没有被破坏,因此飞秒激光时空聚焦技术可以有效地提高飞秒激光对生物组织烧蚀的精度,将来有望被应用于人体组织的精密切割手术等医学领域。

图6 飞秒激光眼晶体手术

图片来源于网络


更多论文

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