Фемтосекундна ласерска технологија директног писања је врста технологије микро-нано обраде која може фокусирати импулсни ласерски сноп на површину или унутрашњост материјала и изазвати промену локалних својстава материјала кроз нелинеарну интеракцију ласера са материјал у фокусном региону, који се широко користи у многим областима као што су микрофлуидика, микро-нано фотоника, интегрисана оптика и тако даље. Традиционална фемтосекундна ласерска технологија директног писања има проблем асиметрије између попречне резолуције обраде и аксијалне резолуције, а аксијална резолуција је очигледно издужена, што у извесној мери ограничава примену фемтосекундног ласера у тродимензионалној обради. Последњих година, да би се уравнотежила разлика између бочне и аксијалне резолуције директног писања фемтосекундним ласером, предложено је неколико техника обликовања зрака, као што су техника обликовања прореза, техника обликовања астигматизма и техника зрачења попречним снопом. Међутим, ниједна од ових техника не може постићи тродимензионалну изотропну обраду засновану на једном објективу.
Технике просторно-временског фокусирања су првобитно развијене за апликације био-имагинга и коришћене су у области фемтосекундне ласерске микромашинске обраде. Технологија просторно-темпоралног фокусирања фемтосекундног ласера пружа нову димензију темпоралног фокусирања, омогућавајући јој да се истакне у побољшању аксијалне резолуције производње и елиминисању нелинеарних ефеката самофокусирања. Механизам технологије просторно-временског фокусирања је следећи: различите спектралне компоненте фемтосекундног ласера се просторно распршују кроз парове решетки, просторно распршена светлост се затим фокусира кроз објектив објектива, различите спектралне компоненте се рекомбинују у фокусној тачки, а ширина импулса се враћа на фемтосекундни ред величине.
Тренутно, већина постојећих студија о тродимензионалној микромашинској обради са фемтосекундним ласерским просторно-временским фокусирањем заснована је на широком пропусном опсегу, ласерима од драгог камења од титанијума ниске фреквенције понављања, а ниска фреквенција понављања ограничава брзину ласерске обраде, па је примена технологије просторно-временског фокусирања. до фемтосекундног ласерског извора светлости са високом фреквенцијом која се понавља је неизбежан захтев да би се истовремено испунили захтеви високоефикасне, тродимензионалне анизотропне обраде. Међутим, пропусни опсег фемтосекундних ласерских извора са високом фреквенцијом понављања је обично узак, запремина просторне дисперзије уводи велики број негативних временских чипова, а сам ласер не може да обезбеди довољну временску компензацију, што доводи до тога да ширина импулса у фокусној тачки није могућност да се врати на фемтосекундни ред величине, што ограничава примену технологије просторно-временског фокусирања на ласерску обраду високе фреквенције. Због тога, тродимензионална изотропна обрада заснована на технологији просторно-темпоралног фокусирања фемтосекундног ласера високе фреквенције треба да обезбеди додатну временску компензацију.
Истакнуто истраживање
Тим проф. Иангјиан Цаи-а са Схандонг Нормалног универзитета и проф. Иа Цхенг-а са Источнокинеског Нормалног универзитета сарађивао је на предлагању шеме компензације времена екстра-шупљине за високофреквентне ласере, која остварује високоефикасну, тродимензионалну изотропну машинску обраду заснована на техници просторно-временског фокусирања високофреквентних фемтосекундних ласерских извора светлости. У овом раду, Мартинезов ширивач импулса изграђен ван ласера користи се за увођење великог броја временски позитивних цирпова за проширење ширине импулса на пикосекундни ред величине, а затим и просторну дисперзију једнопролазног решеткастог компресора (решетка пар) и фокусирање сочива објектива обезбеђује рекомбинацију различитих спектралних компоненти у жижној тачки са ширином импулса у фемтосекундном реду величине. Експериментални систем је приказан на слици 1.
Слика 1 Шематски дијаграм тродимензионалног изотропног уређаја за обраду заснованог на високофреквентној фемтосекундној ласерској технологији просторно-временског фокусирања
Добро је познато да на ефекат фемтосекундне ласерске обраде утичу правац обраде, енергија импулса и дубина обраде итд. Да би се проверило да ли уређај за просторно-временско фокусирање има могућност тродимензионалне изотропне обраде, тим проф. Јангђиан Цаија и тим проф. Цхенг Иаа демонстрирао је оптички попречни пресек уређаја у различитим правцима, на различитим дубинама и обрађен различитим енергијама импулса унутар фотоосетљивог стакла (као што је приказано на слици 2). Експериментални резултати показују да је резолуција дуж различитих праваца иста и кружна, а резолуција 3Д изотропне обраде (8-22 μм) је пропорционална енергији импулса и неосетљива на дубину обраде. Значај овог рада углавном лежи у комбинацији високе ефикасности обраде и континуално подесиве 3Д изотропне резолуције обраде, што даје ново техничко средство за ласерску обраду.
Слика 2 Утицај различитих праваца, енергија импулса и дубина обраде на резолуцију обраде временског система фокусирања.
Да би интуитивније демонстрирао тродимензионалну способност израде уређаја за фокусирање простора-времена, истраживачки тим је комбиновао технологију просторно-временског фокусирања са методом постхемијске корозије како би произвео различите тродимензионалне изотропне микрофлуидне структуре унутар фотоосетљиво стакло. У поређењу са традиционалном ласерском обрадом, уређај има предности високе ефикасности, континуирано подесиве резолуције 3Д изотропне обраде, неосетљивости на дубину обраде, итд. Очекује се да ће резултати овог истраживања бити примењени на 3Д микрофлуидни чип, производњу фотонских чипова као и ласерско 3Д штампање и друге области.
