Teknologi penulisan langsung laser Femtosecond adalah sejenis teknologi pemrosesan mikro-nano yang dapat memfokuskan sinar laser berdenyut pada permukaan atau di dalam suatu material, dan menyebabkan perubahan sifat lokal material melalui interaksi nonlinier laser dengan bahan. material di wilayah fokus, yang telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti mikrofluida, fotonik mikro-nano, optik terintegrasi, dan sebagainya. Teknologi penulisan langsung laser femtosecond tradisional memiliki masalah asimetri antara resolusi pemrosesan transversal dan resolusi aksial, dan resolusi aksial jelas memanjang, yang membatasi penerapan laser femtosecond dalam pemrosesan tiga dimensi sampai batas tertentu. Dalam beberapa tahun terakhir, untuk menyeimbangkan perbedaan antara resolusi lateral dan aksial penulisan langsung laser femtosecond, beberapa teknik pembentukan sinar telah diusulkan, seperti teknik pembentukan celah, teknik pembentukan astigmatisme, dan teknik iradiasi sinar silang. Namun, tidak satu pun dari teknik ini yang dapat mencapai pemrosesan isotropik tiga dimensi berdasarkan lensa objektif tunggal.
Teknik pemfokusan spatiotemporal pada awalnya dikembangkan untuk aplikasi bio-imaging dan telah digunakan di bidang mesin mikro laser femtosecond. Teknologi pemfokusan spatiotemporal laser Femtosecond memberikan dimensi baru pemfokusan temporal, memungkinkannya unggul dalam meningkatkan resolusi fabrikasi aksial dan menghilangkan efek pemfokusan mandiri nonlinier. Mekanisme teknologi pemfokusan spatiotemporal adalah: komponen spektral laser femtosecond yang berbeda disebarkan secara spasial melalui pasangan kisi, cahaya yang tersebar secara spasial kemudian difokuskan melalui lensa objektif, komponen spektral yang berbeda digabungkan kembali pada titik fokus, dan lebar pulsa dikembalikan ke urutan besarnya femtodetik.
Saat ini, sebagian besar penelitian yang ada tentang pemesinan mikro tiga dimensi dengan pemfokusan spatiotemporal laser femtosecond didasarkan pada bandwidth yang lebar, laser batu permata titanium frekuensi pengulangan yang rendah, dan frekuensi pengulangan yang rendah membatasi kecepatan pemrosesan laser, sehingga penerapan teknologi pemfokusan spatiotemporal ke sumber cahaya laser femtodetik frekuensi tinggi yang berulang merupakan persyaratan yang tak terelakkan untuk memenuhi persyaratan pemrosesan anisotropik tiga dimensi berefisiensi tinggi pada saat yang bersamaan. Namun, bandwidth sumber laser femtosecond frekuensi berulang tinggi biasanya sempit, volume dispersi spasial menimbulkan sejumlah besar kicauan waktu negatif, dan laser itu sendiri tidak dapat memberikan kompensasi waktu yang cukup, sehingga lebar pulsa pada titik fokus tidak mampu dikembalikan ke urutan besarnya femtodetik, yang membatasi penerapan teknologi pemfokusan spatio-temporal pada pemrosesan laser frekuensi berulang tinggi. Oleh karena itu, pemrosesan isotropik tiga dimensi berdasarkan teknologi pemfokusan spatiotemporal laser femtodetik frekuensi tinggi perlu memberikan kompensasi waktu tambahan.
Sorotan Penelitian
Tim Prof. Yangjian Cai dari Shandong Normal University dan Prof. Ya Cheng dari East China Normal University telah berkolaborasi untuk mengusulkan skema kompensasi waktu ekstra-rongga untuk laser frekuensi tinggi, yang mewujudkan pemesinan isotropik tiga dimensi dengan efisiensi tinggi berdasarkan teknik pemfokusan spatiotemporal dari sumber cahaya laser femtodetik frekuensi tinggi. Dalam karya ini, perluasan pulsa Martinez yang dibuat di luar laser digunakan untuk memperkenalkan sejumlah besar kicauan positif waktu untuk memperluas lebar pulsa ke urutan besarnya pikodetik, dan kemudian dispersi spasial dari kompresor kisi satu jalur (kisi berpasangan) dan pemfokusan lensa objektif memastikan rekombinasi komponen spektral yang berbeda pada titik fokus dengan lebar pulsa dalam urutan besarnya femtodetik. Sistem eksperimen ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram skema perangkat pemrosesan isotropik tiga dimensi berdasarkan teknologi pemfokusan spatio-temporal laser femtodetik frekuensi tinggi
Diketahui bahwa efek pemrosesan laser femtosecond dipengaruhi oleh arah pemrosesan, energi pulsa dan kedalaman pemrosesan, dll. Untuk memverifikasi apakah perangkat pemfokusan spatiotemporal memiliki kemampuan pemrosesan isotropik tiga dimensi, tim Prof. Yangjian Cai dan tim Prof. Cheng Ya mendemonstrasikan penampang optik perangkat dalam arah yang berbeda, pada kedalaman yang berbeda, dan diproses oleh energi pulsa yang berbeda di dalam kaca fotosensitif (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2). Hasil eksperimen menunjukkan bahwa resolusi sepanjang arah yang berbeda adalah sama dan melingkar, dan resolusi pemrosesan isotropik 3D (8-22 μm) sebanding dengan energi pulsa dan tidak sensitif terhadap kedalaman pemrosesan. Pentingnya pekerjaan ini terutama terletak pada kombinasi efisiensi pemrosesan yang tinggi dan resolusi pemrosesan isotropik 3D yang dapat disesuaikan secara terus menerus, yang menyediakan sarana teknis baru untuk pemrosesan laser.
Gambar 2 Pengaruh berbagai arah, energi pulsa, dan kedalaman pemrosesan pada resolusi pemrosesan sistem pemfokusan temporal.
Untuk mendemonstrasikan kemampuan fabrikasi tiga dimensi dari perangkat pemfokusan ruang-waktu secara lebih intuitif, tim peneliti menggabungkan teknologi pemfokusan ruang-waktu dengan metode korosi pasca-kimia untuk membuat berbagai struktur mikrofluida isotropik tiga dimensi di dalam. kaca fotosensitif. Dibandingkan dengan pemrosesan laser tradisional, perangkat ini memiliki keunggulan efisiensi tinggi, resolusi pemrosesan isotropik 3D yang dapat disesuaikan secara terus menerus, ketidakpekaan terhadap kedalaman pemrosesan, dll. Hasil penelitian ini diharapkan dapat diterapkan pada chip mikrofluida 3D, fabrikasi chip fotonik serta pencetakan laser 3D dan bidang lainnya.
