激光直写涡旋光束相位板的制备与测试研究

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涡旋光束具有螺旋型的波前相位且能够携带轨道角动量,尤其是完美涡旋光束,其亮环半径不随拓扑荷数的变化而变化,在粒子操控、光学通信、量子光学以及激光制造等领域得到广泛应用。目前涡旋光束通常采用螺旋相位板、空间光调制器或者数字微镜器件等设备来实现。基于双光子吸收的激光直写技术,具有突破光学衍射极限的加工精度以及制备任意三维结构的加工能力,在微光学器件、微流控器件以及生命科学等领域具有广泛应用。本论文提出了利用双光子吸收的激光直写技术制备多种螺旋相位板,并对其光学特性进行了研究。
  论文主要工作包括以下几个方面:
  (1)对飞秒激光直写系统的加工工艺进行了研究,分别使用SU-8光刻胶以及IP-S光刻胶制备了不同的三维结构,研究不同工艺对加工的影响。
  (2)利用SU-8光刻胶制备出可实现涡旋光束的台阶型螺旋相位板与连续型螺旋相位板,并实验测试了其远场强度分布和干涉图样。结果表明,激光直写制备的螺旋相位板具有较好的光学特性。
  (3)利用IP-S光刻胶制备出可实现完美涡旋光束的径向相移螺旋型相位板,其不仅具有较高的相对聚焦效率,而且通过改变径向相移控制参数,可实现对完美涡旋光束亮环半径的调控。实验结果表明,激光直写制备的径向相移螺旋型相位板也具有良好的光学特性,理论设计与实验吻合得较好。
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