超快可调谐声学透镜在透明材料中的多焦激光处理

       将激光束从单个焦点整形为多个焦点有利于许多激光加工应用。在这些应用中，多焦点光学系统将能量有效地传输到光束路径上的多个指定位置。此外，多聚焦技术的发展提高了聚焦激光处理系统吞吐量的空间分辨率。例如，飞秒激光在透明材料中的多光子吸收只发生在亚微米大小的高度限制的焦点斑上。多焦点光束整形通过增加加工区域的数量，提高了透明材料的微加工速度。传统的衍射或折射光学实现这一目标的方法，只能产生一个固定的多焦点光束图。例如，双焦距透镜的早期发明是由两个焦距不同的同心圆区域组成的折光光学元件。另一种折射率光学方法采用改进的牛顿环装置，采用分束器、凸面镜和聚焦透镜输出两束共线光束。或者，可以使用具有菲涅耳波带板(FZP)图案的衍射光学元件来产生多重聚焦。计算得到的FZP图形可以用光刻技术直接制作。该方法在聚焦数、工作波长、能量分布等方面具有一定的适应性，但这些参数都是在制造之前预先设定好的。

       近日，普林斯顿大学机械与航空航天工程系Craig B. Arnold等人实现和描述了一个超快的，可变焦的系统，该系统使用可调谐声学梯度折射率透镜(TAG)来实现多聚焦激光处理。研究人员将该方法应用于飞秒激光诱导玻璃的体积内修饰，以显示其控制焦位置的灵活性。基于这一理解，研究人员还利用系统的多焦点性质来演示在透明玻璃载玻片的两面进行单次横向扫描的激光加工。实验过程中，焦点控制方法的关键是在TAG透镜的选定相位触发激光。这种激光和变焦透镜之间的同步有效地分配激光能量到期望的位置，而不机械地移动任何光学原件。因此，该多焦系统可以应用于许多透明材料的激光加工技术，如切割、刻划和标记。该方法的另一个优点是其响应速率在数百kHz，允许高吞吐量多焦点处理，以匹配MHz量级重频的新兴的超快脉冲激光器。相关研究工作发表在《Optics Letters》上。（丁雷）

       文章链接：Xiaohan Du et al, Multi-focal laser processing in transparent materials using an ultrafast tunable acoustic lens,Optical Letters(2022).https://doi.org/10.1364/OL.447854.