脉冲激光消融法改善全息透镜的制备

2016-01-16 09:55

　　来自英国伯明翰大学、哈佛医学院以及韦尔曼光医学中心的研究人员研发出基于纳秒激光脉冲、能够将光学结构打印在涂有吸光材料的透明基板的一步式快速全息记录技术。

　　尽管激光加工大多用于生产微米级对象，但是同时也可以通过激光干涉辅助消融法（全息激光消融）用于大面积光学活性纳米图案表面的制备。

　　在激光消融过程中，通过激光束照射去除固体表面的物质。该技术不仅没有使用聚焦激光束（能够产生微米级特征）的，同时还实现了激光干涉模式来进行物体表面消融以及生成有趣的纳米图案。

　　在该一步式快速全息记录技术中，脉冲激光束照射超薄半吸材料用作玻璃衬底涂层。光束穿过样品并通过下面的玻璃反射回来。两束反向运行的激光束之间会发生干涉，这种干涉模式会在物体表面消融形成有条理的光栅。

　　光栅的周期由相对于垂直入射的入射光波长(λ) 以及倾斜角(θ)决定。λ/2会生成相长干涉，呈现驻波的效果。

　　与传统的激光消融法相比，这种方法灵活又迅速。只需改变θ，就能定制光栅的周期，同时也能对各种材料进行图案化处理。通过这种方法制备的光栅拥有可见光波长的尺寸，表现出强烈的衍射效应，然后能显示各种颜色效果。这种功能使得它们适合用作安全全息图。

　　相比传统的纳米加工法如电子束蚀刻和光刻蚀法等，这种技术速度更快，也更经济有效。相比直接激光干涉模式（在这种方法中，首先通过分束器将单脉冲光束分开，然后进行重组生成全息图和纳米图案），这种技术更加简便。直接激光干涉法要求各种激光束精确对准，在光束分裂后会经受弱光照射。而在这种脉冲激光消融法中，则使用单个脉冲激光束在平面或曲面上进行纳米图案/全息图的快速打印。

　　研究人员还证明了这种方法可用于打印复杂的二维图案，例如同心环阵列。这一功能使得该技术可用于光学设备的制备，例如菲涅耳波带片（FZPs）。

　　该研究小组目前正在努力研究以便生成更复杂的纳米图案，例如格栅、三角阵列以及三维几何图形等；同时也在探讨在数据存储以及生物传感等领域的进一步应用。（文/Oscar译）