1600 光子学报 38卷 束纵向上的瑞利长度,使曝光后潜在改性区往纵向[2] DIETRICH T R, EHRFELD W, LACHER M,cat 深度方向上扩展.光束的以上分布特点使得样品被 fo 它曝光并腐蚀后应得到深度较大的微凹面.在本文 photoetchable glass[J]. Microelectronic Engineering, 1996,30 (4):497-504 的实验中,飞秒激光被聚焦在样品的表面,使样品在3 HELVAJIAN H. FUQUA P D, HANSEN Ww,ea.Lser 纵向上得到的曝光作用有限.另外,当激光入射参量 microprocessing for nanosatellite microthruster applicat (脉冲能量和脉冲数)达到一定的累积能量后使曝光 . RIKEN Review,2001,32(1):57-63 区发生饱和效应,这也限制了曝光后潜在改性区在1 MASUDA M,su0okAK, CHENG Y.ea.3D 纵向上深度的扩展,因为微凹面的深度主要由入射 microstructuring inside photosensitive glass by femtosecond laser excitation [J]. Appl Phys A, Materials Science 脉冲数和单脉冲能量共同决定.人射脉冲数越多,单 Processing,2003,76(5):857-860 脉冲能量越大,照射区域沉积的累积曝光能量就越[5] HONGO T. SUGIOKAκ,№INoH,rtal. Investigation of 多,形成更大的潜在改性区,热处理过程中形成的晶 photoreaction mechanism of photosensitive glass [J].J of 化区域也随之扩展,从而在腐蚀后得到的微凹面的 深度和直径都更大然而,当照射区沉积的累积能量6] DAVIS K M, MIURA K, SUGIMOTO N,eta. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser [JJ. Op! Letr 使得银离子被充分消耗后,晶化区不再明显增大,即 达到饱和现象 [7] GLEZER E N, MILOSAVLJEVIC M, HUANG L, et al. 未经飞秒激光照射的玻璃区域仍然保持其高硬 Three-dimensional optical storage inside transparent material 度和耐酸碱腐蚀的特性,在被稀HF酸溶液腐蚀时 J]. Opt Lett,1996,21(24):20232025 其腐蚀速度比经过照射形成的晶化区域的腐蚀速度 [8] MA Lin, SHI Shun-xiang, CHENG Guang-hua, et al. Multiple 低得多,使通过选择性腐蚀制作得到的微凹面具有 micro-explosions induced by a single focused femtosecond pulse in glass[JJ. Acta Photonica Sinica, 2007, 36(7): 1187-1190 清晰的边缘和光滑的璧面 马琳,石顺祥,程光华,等.单个飞秒激光脉冲在玻璃内部产生 利用飞秒激光照射 FOTURAN制作的光滑微 多次微爆的研究[门.光子学报,2007,36(7):1187-19 凹面,可尝试用于微光学或微机电系统(MEMS)器9] KONDO Y,QUJ, MITSUYU T,rta. Three-dimensional 件中,作为凹面反射镜(在微凹面上镀反射膜).目前 redrilling of glass by multiphoton process and chemical 制作的微凹面的表面粗糙度仍有待提高,可通过优 etching[J]. Japan Journal of Applied Ph ysics, Part2.199 38(10A):L1146-1148 化激光入射参量、腐蚀后二次热处理等措施 [10] SUGIOKA K, CHENG Y, MIDORIKAWA K.Three 4结论 dimensional micromachining of glass using femtosecond laser for lab-on-a chip device manufacture [J]. Appl Phys A 利用聚焦的飞秒激光照射,在光敏玻璃 Materials Science & Processing,2005.81(1):1-10 FOTURAN表面制作了璧面光滑且边缘清晰的微HEN￥:1SN1soo0Axc lubrication of 3D 凹面,摸索了微凹面的直径与入射激光参量的关系, microoptical lenses in photosensitive glass using femtosecond laser micromachining [J]. Appl Ph ys A: Materials Science & 为今后制作具有合适尺寸和良好璧面质量的微凹面 Processing,2006,85(1):11-14. 时提供了借鉴.飞秒激光作为一种新型的加工工具,[12]HEFe, CHENG Ya, Femtosecond laser micromachining 与透明材料间通过多光子吸收等非线性效应,提供 frontier in laser precision micromachining[J]. Chinese Journal 了在透明材料上制作功能微结构的新手段,这些微 何飞,程亚,飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿 结构可应用于微光学、微机械及生物医学分析器件 「J].中国激光,2007,34(5):595-622 参考文献 [13 FISETTE B, MEUNIER M.Three-dimensional [1] HULSENBERG D, BRUNTSCH R SCHMIDT K, et microfabrication inside photosensitive glasses by fete earbeitung von gotoempfindlichem Gla serLJ] J Laser Micro/Nanoengineering, 2006.1(1), [J. silikattechnik,1990,41(11):364-366l600 光 子 学 报 38卷 束 纵 向上 的瑞 利长 度 ，使 曝 光后 潜 在 改 性 区往 纵 向 深 度方 向上扩 展．光束 的 以上分 布 特 点 使得 样 品被 它曝光 并腐蚀 后应 得 到 深 度较 大 的微 凹 面．在 本 文 的实验 中 ，飞 秒激光 被 聚焦在 样 品的表 面 ，使样 品在 纵 向上 得到 的曝光 作用有 限．另外 ，当激 光入射 参量 (脉 冲能量和 脉 冲数)达到一定 的累积能 量后使 曝光 区发 生饱和 效应 ，这 也 限制 了曝 光 后潜 在 改 性 区在 纵 向上深度 的扩 展 ，因 为微 凹面 的 深度 主要 由入射 脉 冲数和单 脉 冲能量共 同决定 ．入 射脉 冲数越 多 ，单 脉 冲能量越 大 ，照射 区域 沉积 的累 积 曝光 能 量 就 越 多 ，形成更 大 的潜 在改 性 区 ，热处 理过程 中形 成 的晶 化 区域也 随之扩 展 ，从 而 在腐 蚀 后 得 到 的微 凹面 的 深度 和直径 都更 大．然 而 ，当照射 区沉积 的累积能 量 使得 银离 子被 充分 消耗后 ，晶化 区不再 明显 增大 ，即 达 到饱 和现象 ． 未经 飞秒 激光 照射 的玻璃 区域仍 然保 持其高 硬 度 和耐 酸碱腐 蚀 的特 性 ，在 被稀 HF酸 溶液 腐蚀 时 ， 其 腐蚀 速度 比经过 照射形 成 的晶化 区域 的腐蚀 速度 低 得 多 ，使通 过选 择性 腐 蚀 制 作得 到 的微 凹 面具 有 清 晰 的边 缘 和光滑 的璧 面． 利用飞秒 激 光 照射 FOTURAN 制 作 的光 滑 微 凹面 ，可尝试 用 于微 光学 或 微 机 电 系统 (MEMS)器 件 中 ，作为 凹面反 射镜 (在微 凹面上 镀反 射膜 )．目前 制作 的微 凹面 的表 面粗 糙 度仍 有 待 提 高 ，可通 过 优 化激 光入射 参量 、腐蚀 后二 次热处 理等措 施|_】 ． 4 结 论 利 用 聚 焦 的 飞 秒 激 光 照 射 ，在 光 敏 玻 璃 FOTURAN 表 面制作 了璧 面 光 滑 且 边缘 清 晰 的微 凹面 ，摸索 了微 凹面 的直径 与入射 激光参 量 的关系 ， 为今 后制作 具有 合适尺 寸 和 良好璧 面质 量 的微 凹面 时提 供 了借 鉴．飞秒激 光作 为一种 新型 的加工 工具 ， 与透 明材 料间通 过 多 光子 吸收 等非 线 性 效应 ，提 供 了在 透 明材料上 制 作功 能 微 结 构 的新 手 段 ，这 些微 结构 可应用 于微 光学 、微机 械及 生物 医学 分 析器件 ． 参 考 文 献 [1] HULSENBERG D，BRUNTSCH R，SCHMIDT K，eta1． M ikromeehanisehe bearbeitung yon gotoempfindlichem Glas rI]．Silikattechnik，1990．41(11)：364366． [2] DIETRICH T R，EHRFELD W，LACHER M，eta1． Fabrication technologies for microsystem s utilizing photoetchableglass[J]．MicroelectronicEngineering，1996，30 (4)：497504． [3] HELVAJIAN H，FUQUA PD，HANSEN W W ，eta1．Laser micr()processing for nanosatellite microthruster applications [J]．RIKENReview，2001，32(1)：5763． [4] MASUDA M，SUGIOKA K， CHENG Y，et a1． 3D micr()structuring inside phot0sensitlve glass by femtosecond laserexcitation[J]．ApplPhysA：MaterialsScience & Processing，2003，76(5)：857—860． [5] HONGO T，SUGIOKA K，NIINO H，ela1．Investigationof photoreactionmechanism ofphotosensitive glass[J]．J of ApplPhys，2005，97：063517． [6] DAVIS K M，MIURA K，SUGIM()TO N，ela1．Writing waveguidesinglasswithafemtosecondlaser[J]．OptLett， l996，21(21)：1729 173l_ [7] GIEZER E N，MIIOSAVLJEVIC M，HUANG L，ela1． Threedimensionalopticalstorage inside transparentmaterials [J]．OptLett，1996，21(24)：20232025． [8] MA Lin，SHIShun—xiang，CHENG Guang—hua，eta1．Multiple micro explosionsinducedbyasinglefocusedfemtosecondpulse inglass[J]．ActaPhotonicaSinica，2007，36(7)：l187119O． 马琳，石顺祥 ，程光华 ，等．单个飞秒激 光脉冲在玻璃 内部产生 多次微爆的研究[J]．光 子学报 ，2007，36(7)：11871190． [9] KONDO Y，QIU J，MITSUYU T，ela1．Threedimensiona1 microdrilling of glass by muhiphoton process and chemical etching[J]．JapanJournalofAppliedPhysics，Part2．1999。 38(10A)：L1146—1148． [10] SUGIOKA K，CHENG Y，MID()RIKAwA K． Three￾dimensionalmicromachiningofglass using femtosecond laser forlab—on—achipdevicemanufacture[J]．ApplPhysA： M aterialsScience＆ Processing，2005，81(1)：1—10． L11j CHENG Y，TSA1H L，SUGlOKA K，ela1．Fabricationof3D microopticallensesin photosensitiveglassusing femtosecond lasermicromachininglJ]．ApplPhysA：MaterialsScience& Processing，2006，85(1)：11—14． [12] HE Fei，CHENG Ya．Femtosecond lasermicromachining： frontierinlaserprecisionmicromachining[J]．ChineseJournal ofLaser，2007，34(5)：595—622． 何 飞 ，程 亚 ．飞 秒 激 光 微 加 工 ：激 光 精 密 加 工 领 域 的 新 前 沿 [J]．中 国激 光 ，2007，34(5)：595—622． L13j FISETTE B， MEUNIER M． Three—dimensional microfabricationinsidephotosensitiveglassesby femtosecond laser[J]．JLaserMicro／Nanoengineering，2006，1(1)：7-11．