CN109702323B

CN109702323B - 一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法及应用

Info

Publication number: CN109702323B
Application number: CN201811587305.1A
Authority: CN
Inventors: 孙洪波; 田振男; 李泽政; 陈岐岱
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: CN109702323A

Abstract

本发明公开了一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法及应用，属于激光加工技术领域，本发明采用双光子激发解决利用飞秒激光进行直写波导时的散焦问题，同时引入四棱柱，以实现在样品内部加工深度的连续可调；将飞秒激光分束后分别聚焦并垂直入射样品表面一个由压电平台控制高度变化的四棱柱中对应的矩面，到达待加工材料内部，在材料内部将两个光子的能量“凑足”原单光子激发的对应的能量阈值，再通过控制压电平台和样品运动平台使四棱柱和样品在Z轴方向同步运动，同时解决了飞秒激光大埋入深度直写时的散焦问题和加工深度连续调节的问题，可在待加工材料中制备不同加工深度、性质均一的三维埋入式波导。

Description

一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法及应用

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及利用双光子激发进行加工深度连续可变的玻璃波导的飞秒激光直写加工，通过将飞秒激光分束并调节各束脉冲在时间和空间上同步，调节分束激光垂直入射玻璃三棱柱的两个表面，以实现基于多光子激发的埋入深度连续可变的玻璃波导的直写加工。

技术背景

光波导是集成光学器件的基础。相对于紫外曝光、离子扩散、离子/中子注入等制作光波导的方法，飞秒激光直写加工技术具有高精度、可进行三维加工的特点，且几乎可以在任何透明介质中实现波导直写。截面对称是飞秒激光直写波导实用化的必要条件之一，但由于样品与空气存在折射率差，现有的飞秒激光直写技术在工作距离超过200μm时(以NA＝1.45的油浸物镜为例)，存在严重的散焦问题，即焦斑沿纵向拉伸为椭球型。以目前常用的横向写入波导为例，散焦将使加工波导横截面呈狭长椭圆，导致波导中心对称性差，增大传输损耗。目前，各国课题组主要采用纵向直写、增大物镜NA、加入透镜组、狭缝光束整形、多次扫描、应力场方法、空间光束调制等方法来改善波导横截面的对称性，但上述方法存在制备波导长度较短、物镜工作距离短、制作非直波导困难、需寻找最佳狭缝宽度、激光作用区域发生非线性和电光效应退化现象、限制波导间倏逝波耦合、需利用计算机编程等问题，并使得波导加工变得更加复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法。采用双光子激发替代传统的单光子激发来解决利用飞秒激光进行直写波导时的散焦问题，同时引入玻璃四棱镜，控制分束激光分别入射玻璃四棱镜后正交会聚，形成近球型焦斑，以实现在样品内部加工深度的连续可调。其主要原理是，将飞秒激光分束后分别聚焦并垂直入射样品表面一个由压电平台控制高度变化的玻璃四棱镜的两个互相垂直的棱面，到达待加工材料内部，在材料内部将两个光子的能量“凑足”原单光子激发的对应的能量阈值，再通过控制压电平台和样品运动平台使三棱柱和样品在Z轴方向同步运动，从而达到对材料改性且加工深度连续可调的目的。同时，调节分束后的子束激光时域同步，并使其最终近正交会聚于待加工位置，从而获得具有近4π立体角的近球型双光子激发焦斑。如此，利用双光子激发和玻璃四棱镜，同时解决了飞秒激光大埋入深度直写时的散焦问题和加工深度连续调节的问题，可在待加工材料中制备不同加工深度、性质均一的三维埋入式波导。

本发明通过如下技术方案实现：

一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，具体步骤如下：

(1)、样品台和玻璃四棱镜的调平；

具体步骤为：首先，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第一凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍，并依次经由调平反射镜M反射和调平物镜 OL聚焦后入射至样品台；然后，在样品台上接上载玻片，将玻璃四棱镜QL固定于压电平台PI上并移动至载玻片上方，以载玻片的互相垂直的两条边为X轴与 Y轴，利用激光在坐标为(0，0)，(0，5cm)，(5cm，0)三点处对样品表面进行烧蚀，烧蚀点尺寸直径为5μm，曝光时间10s；在(0，0)和(0，5cm)两点间移动样品台，同时调整X方向调平旋钮T₁，直至(0，0)和(5cm，0)两点处的损伤点同时清晰可见，测试X方向调平完毕；同理，利用(0，0)和(0，5cm) 两点及Y方向调平旋钮T₂对Y方向进行调平，并固定此时样品台的位置；随后，利用照相机CCD观察玻璃四棱镜QL和载玻片界面的等厚干涉现象来调平QL，调节压电平台高度和水平位置直至CCD中无法观察到等厚条纹时，代表QL已调平，并固定压电平台此时的位置；

(2)、飞秒激光分束和等光程调节；

具体步骤为：首先，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第一凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍；然后，经由第一半反半透镜BS₁进行均匀分束，得到第一子束飞秒激光FL₁和第二子束飞秒激光FL₂；随后，FL₁依次经由第一反射镜M₁、第二反射镜M₂、第三反射镜M₃、第四反射镜M₄反射至第五反射镜 M₅，FL₂经由第六反射镜M₆反射至M₇；最后，通过测量FL₁、FL₂各自的传播路径长度即光程，调节上述各反射镜的位置使两束子束飞秒激光的光程相等，即FL₁、 FL₂同时到达各自的空间调节反射镜；

(3)、脉冲空间同步和等功率调节；

具体步骤为：首先，在QL底部粘上荧光纸，通过电脑端及监控装置实时监测荧光纸，调节第五反射镜M₅与竖直方向的夹角，使FL₁垂直入射至QL一侧的棱面，同时调节样品台的高度，使FL₁经由第二凸透镜L₃聚焦并入射至荧光纸上的位置P，并在电脑端监测屏幕标记该位置；然后，调节第七反射镜M₇与竖直方向的夹角，使FL₂经由第三凸透镜L₄聚焦并垂直入射至QL另一侧的棱面，经由 QL折射后同样入射至荧光纸上的位置P，即两束子束飞秒激光聚焦于荧光纸上同一点，达到空间同步；最后，用两个功率计分别监测FL₁被M₃反射后的功率和FL₂被M₇反射后的功率，同时在M₆和M₇之间加装二分之一波片P和偏振分束器PBS，转动二分之一波片调节FL₂的功率，直至FL₁、FL₂的功率相等；

(4)、脉冲时间同步调节；

具体步骤为：所用脉冲时间同步调节的辅助设备为步进电机H，并预先将时间同步反射镜组S，固定于步进电机上，所述时间同步反射镜组S由M₂和M₃组成；首先，取下荧光纸，将载玻片置于样品台上，同时在同时在玻璃四棱镜QL与载玻片的界面注射折射率匹配液，调节样品台高度使会聚的两子束飞秒激光焦点落在载玻片表面；接着，设置激光器总功率为1nJ，利用步进电机H控制时间同步反射镜组S左右移动，同时控制样品台在水平面内做圆周平动，查看在时间同步反射镜组S左右移动过程中激光焦点是否能在载玻片表面扫出圆形扫线；如果不能，说明脉冲并未同步，继续增加激光器总功率，每次增加50nJ，重复上述“左右移动S-查看圆形扫线”的过程，直至载玻片表面出现圆形扫线，并固定此时S的位置；出现圆形扫线说明此时两束飞秒激光FL₁和FL₂的脉冲叠加能量达到激光加工阈值(实现脉冲同步)，即形成所需的双光子激发焦斑。

(5)、三维埋入式结构直写；

具体步骤为：将载玻片从样品台取下，换上待加工的体材料，调节样品台和压电平台PI的高度，使得双光子激发焦斑移动至体材料内部的所需加工位置；然后，控制样品台和压电平台同步移动，可实现双光子激发焦斑在材料内部进行深度连续可调的直写加工，最终获得所需三维埋入式结构。

进一步地，步骤(1)所述飞秒激光波长为1030nm，脉冲宽度为100fs；所述玻璃四棱镜是从玻璃三棱镜切割而来，原玻璃三棱镜的底面为等腰直角三角形，其边长分别为1.5cm、1.5cm、2.121cm，侧棱长3cm，在三角形直角处沿侧棱方向切去一个小三棱柱，其底面三角形边长分别为0.5cm、0.5cm、0.707cm，得到所述玻璃四棱镜；所述玻璃四棱镜放置时，未经切割的棱面朝下覆盖在载玻片表面；所用调平玻璃四棱镜的物镜OL的工作距离为34mm，NA＝0.28，放大倍数×10。

进一步地，步骤(2)所述M₁、M₂和M₆与竖直方向成45°角，M₃和M₄与竖直方向成-45°角，整个光路呈左右对称设置；M₁-M₆距光路对称轴的垂直距离依次为20、0、0、40、40、40cm；FL₁和FL₂在分别到达第五反射镜M₅与第七反射镜 M₇之前与样品表面垂直，经过M₅和M₇之后与样品法线的成角为45°；M₅和M₇距离样品表面的高度为40cm。

进一步地，步骤(3)所述M₅和M₇呈左右对称放置，到对称轴距离为X₅＝X₇＝40cm； L₃和L₄呈左右对称放置，焦距均为15cm，距样品表面高度为10.606cm；所用脉冲空间同步调节的监控装置为照相机CCD、第四凸透镜L₅和物镜OL以及起照明作用的第二半反半透镜BS₂、第五凸透镜L₆和照明光源R；具体监控过程为：当 FL₁和FL₂分别经由M₅和M₇反射至QL底部荧光纸面后，R发出的照明光依次经由 L₆聚焦、BS₂分束后垂直入射至荧光纸面进行照明，并利用物镜OL对荧光纸面的光信号进行收集并经由BS₂透射、L₆再聚焦，最终将荧光纸上的亮斑及荧光纸同时成像于CCD中，在电脑屏幕上会显示出荧光亮斑(即两子束飞秒激光的会聚焦点)；其中，OL、BS₂、L₅和CCD光轴均与整个光路对称轴重合，距样品表面的垂直距离分别为Z_OL＝4.814cm、Z_BS2＝6.814cm、Z₅＝8.814cm和Z_ccd＝18.814cm；L₆和R 距光路对称轴距离为X₆＝2cm和X_R＝12cm。

进一步地，步骤(4)所述折射率匹配液的折射率为美国Cargille公司生产的1.55折射率匹配液，注射剂量50-500μL；所述时间同步反射镜组S左右移动的范围ΔX_H均为-5cm≤ΔX_H≤5cm，S移动的步长为10μm，样品台绕圆周平动的线速度为1mm/s；所述圆形扫线的半径为5-10μm。

进一步地，步骤(5)所述待加工体材料为玻璃，加工时埋入深度为200-500 μm，所需向上移动样品台和压电平台的距离为200-500μm。

进一步地，所述的利用双光子激发焦斑对材料进行大埋入深度逐点扫描的速度为2mm/s。

本发明还提供了一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法在制备三维埋入式波导方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)、利用双光子激发代替单光子激发，突破了现有商用飞秒激光200μm 的工作距离限制；

(2)、通过简单的在样品表面加设玻璃四棱镜和折射率匹配液，调节激光垂直入射玻璃四棱镜棱面的方法，使得激光入射三棱锥和进入样品内部均不发生折射，有效减弱散焦，并在此基础上，又利用双光子激发获得近4π立体角的近球型焦斑，有效解决了飞秒激光在进行大埋入深度加工时的散焦问题，从而保证了加工区域的玻璃波导性质均一；

(3)、通过控制压电平台和样品平台在竖直方向上同步运动，实现了加工深度连续可调的功能。

附图说明

图1为本发明的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的调平样品台光路示意图；其中，L₁-第一凹透镜，L₂-第一凸透镜，L_T-调平凸透镜，M- 调平反射镜，OL-物镜，T₁-X方向调平旋钮，T₂-Y方向调平旋钮，R-照明光源。

图2为本发明的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的光路示意图；其中，L₁-第一凹透镜，L₂-第一凸透镜，L₃-第二凸透镜，M₁-第一反射镜， P-二分之一波片，PBS-偏振分束器，OL-物镜，R-照明光源，L₅-第四凸透镜， L₆-第五凸透镜，PI-压电平台，L₄-第三凸透镜，BS₁-第一半反半透镜，BS₂-第二半反半透镜，M₂-第二反射镜，M₃-第三反射镜，M₄-第四反射镜，M₅-第五反射镜， M₆-第六反射镜，M₇-第七反射镜，CCD-照相机，S-时间同步反射镜组，H-步进电机。

图3为本发明的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的脉冲时间同步调节示意图；其中，图3(a1)和(b1)为未经时间同步调节的两束子束飞秒激光的时间延迟和叠加谱型，图3(a2)和(b2)为经过时间同步调节的两束子束飞秒激光的时间延迟和叠加谱型；

图4为本发明的一种深度连续可调的近4π立体角双光子激发焦斑的材料内部重聚焦光路示意图；

图5为本发明的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法的散焦校正示意图。其中图5(a)为单光子激发时单束飞秒激光在材料内部纵深处的脉冲能量分布示意图；图5(b)为多光子激发时两束正交的飞秒激光在材料内部纵深处的脉冲能量分布示意图。

具体实施方式

实施例1

通过调节子束飞秒激光脉冲的时域同步实现双光子激发。

利用双光子激发“凑”能量的方式同样能够提供材料改性所需能量。通过在样品表面加设玻璃四棱镜QL和折射率匹配液，调节激光垂直入射QL相互垂直的两个棱面，使得两子束飞秒激光在经由QL入射至样品内部时不发生折射，从而有效减弱散焦并获得具有近4π立体角的近球型双光子激发焦斑，解决了单束飞秒激光在进行大埋入深度直写加工时的严重散焦。为了保证两个光子的能量能够有效叠加，需将飞秒激光分束后依次进行等光程、等功率、脉冲空间和时间同步调节。

通过调节子束飞秒激光脉冲的时域同步实现双光子激发，具体步骤如下：

(1)、样品台和玻璃四棱镜的调平：所用飞秒激光波长为1030nm，脉冲宽度为100fs；所用玻璃四棱镜是从玻璃三棱镜切割而来，原玻璃三棱镜的底面为等腰直角三角形，其边长分别为1.5cm、1.5cm、2.121cm，侧棱长3cm，在三角形直角处沿侧棱方向切去一个小三棱柱，其底面三角形边长分别为0.5cm、 0.5cm、0.707cm，得到所述玻璃四棱镜；所用调平玻璃四棱镜的物镜OL的工作距离为34mm，NA＝0.28，放大倍数×10。首先，如图1所示，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第一凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍，并依次经由调平反射镜M反射和调平物镜OL聚焦后入射至样品台；然后，在样品台上接上载玻片，将玻璃四棱镜QL固定于压电平台PI上并移动至载玻片上方，以载玻片的互相垂直的两条边为X轴与Y轴，利用激光在坐标为(0，0)，(0，5cm)， (5cm，0)三点处对样品表面进行烧蚀，烧蚀点尺寸直径为5μm，曝光时间10s；在(0，0)和(0，5cm)两点间移动样品台，同时调整X方向调平旋钮T₁，直至 (0，0)和(5cm，0)两点处的损伤点同时清晰可见，测试X方向调平完毕；同理，利用(0，0)和(0，5cm)两点及Y方向调平旋钮T₂对Y方向进行调平，并固定此时样品台的位置；然后，利用CCD照相机观察玻璃四棱镜QL和载玻片界面的等厚干涉现象来调平QL，调节压电平台高度和水平位置直至CCD中无法观察到等厚条纹时，代表QL已调平，并固定压电平台此时的位置。

(2)、飞秒激光分束和等光程调节：首先，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第二凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍；然后，经由第一半反半透镜BS₁进行均匀分束，得到第一子束飞秒激光FL₁和第二子束飞秒激光FL₂；随后，FL₁依次经由第一反射镜M₁、第二反射镜M₂、第三反射镜M₃、第四反射镜 M₄反射至第五反射镜M₅，FL₂经由第六反射镜M₆反射至M₇；最后，通过测量FL₁、 FL₂各自的传播路径长度即光程，调节上述各反射镜的位置使两束子束飞秒激光的光程相等，即FL₁、FL₂同时到达各自的空间调节反射镜；其中，M₁、M₂和M₆与竖直方向成45°角，M₃和M₄与竖直方向成-45°角，整个光路呈左右对称设置； M₁-M₆距光路对称轴的垂直距离依次为20、0、0、40、40、40cm；FL₁和FL₂在分别到达第五反射镜M₅与第七反射镜M₇之前与样品表面垂直，经过M₅和M₇之后与样品法线的成角为45°；M₅和M₇距离样品表面的高度为40cm。

(3)、脉冲空间同步和等功率调节；

具体步骤为：首先，在QL底部粘上荧光纸，通过电脑端实时监测荧光纸，调节第五反射镜M₅与竖直方向的夹角，使FL₁垂直入射至QL左侧的棱面，同时调节样品台的高度，使FL₁经由第二凸透镜L₃聚焦并入射至在荧光纸上的位置P，并在电脑端监测屏幕标记该位置；然后，调节第七反射镜M₇与竖直方向的夹角，使FL₂经由第三凸透镜L₄聚焦并垂直入射至QL右侧的棱面，经由QL折射后同样入射至荧光纸上的位置P，即两束子束飞秒激光聚焦于荧光纸上同一点，达到空间同步；最后，用两个功率计分别监测FL₁被M₃反射后的功率和FL₂被M₆反射后的功率，同时在M₆和M₇之间加装二分之一波片P和偏振分束器PBS，转动二分之一波片调节FL₂的功率，直至FL₁、FL₂的功率相等；其中，所述M₅和M₇呈左右对称放置，到对称轴距离为X₅＝X₇＝40cm；L₃和L₄呈左右对称放置，焦距均为15cm，距样品表面高度为10.606cm；当FL₁和FL₂分别经由M₅和M₇反射至QL底部荧光纸面后，R发出的照明光依次经由L₆聚焦、BS₂分束后垂直入射至荧光纸面进行照明，并利用物镜OL对荧光纸面的光信号进行收集并经由BS₂透射、L₆再聚焦，最终将荧光纸上的亮斑及荧光纸同时成像于CCD中，在电脑屏幕上会显示出荧光亮斑(即两子束飞秒激光的会聚焦点)；其中，OL、BS₂、L₅和CCD光轴均与整个光路对称轴重合，距样品表面的垂直距离分别为Z_OL＝4.814cm、Z_BS2＝6.814cm、 Z₅＝8.814cm和Z_ccd＝18.814cm；L₆和R距光路对称轴距离为X₆＝2cm和X_R＝12cm。

(4)、脉冲时间同步调节；

具体步骤为：所用脉冲时间同步调节的辅助设备为步进电机H，并预先将时间同步反射镜组S(由M₂和M₃组成)固定于进电机上；首先，取下荧光纸，将载玻片置于样品台上，同时在玻璃四棱镜QL与载玻片的界面注射美国Cargille 公司生产的1.55折射率匹配液，注射剂量50μL，调节样品台高度使会聚的两子束飞秒激光焦点落在载玻片表面；接着，设置激光器总功率为1nJ，利用步进电机H控制时间同步反射镜组S左右5cm的范围内来回移动，移动步长为10μm，同时控制样品台在水平面内绕半径为10μm的圆周平动，线速度为1mm/s，查看在S来回移动过程中激光焦点是否能在载玻片表面扫出圆形扫线；如果不能，说明脉冲并未同步，继续增加激光器总功率(每次50nJ)，重复上述“来回移动S- 查看圆形扫线”的过程，直至载玻片表面刚好出现半径为5μm圆形扫线，并固定此时S的位置；出现圆形扫线说明此时两束飞秒激光FL₁和FL₂的脉冲叠加能量恰好达到激光加工阈值(实现脉冲同步)，即形成所需的双光子激发焦斑。

由图2可知，经过步骤(1)-(4)的光路，可获得时域同步的双光子激发焦斑。

由图3可知，两子束飞秒激光经过时间同步调节后，叠加得到具有高强度、窄脉宽的双光子激发焦斑。

实施例2

利用具有近4π立体角的双光子激发焦斑加工埋入深度变化的玻璃波导器件。

通过同步控制样品台和压电平台上下移动，可实现双光子激发焦斑在待加工体材料内部的深度的连续调节，从而能够实现大埋入深度的三维波导结构的直写加工。

利用具有近4π立体角双光子激发焦斑进行三维埋入式结构加工：

(1)、脉冲时间同步粗调：同实施例1，

(2)、脉冲空间同步调节：同实施例1。

(3)、脉冲时间同步细调：同实施例1。

(4)、三维埋入式结构直写：所用待加工体材料为玻璃，需加工埋入深度为 200μm；将载玻片从样品台取下，换上待加工的体材料，将样品台和压电平台 PI同步向上移动200μm，使得双光子激发焦斑移动至体材料内部的所需加工位置，由图4所示；然后，控制样品台和压电平台同步移动，可实现双光子激发焦斑在材料内部进行深度连续可调的直写加工，按照所需波导结构在所选加工深度处沿直线进行加工，最终获得所需三维埋入式波导量子器件。

由图5可知，现有的商用飞秒激光加工均采用单束激光，当其聚焦在材料内部纵深较深处发生严重的失焦现象，焦斑由球型变为图5(a)中的长椭球型。失焦后的焦斑会使得加工出的结构在不同深度处性质不同，即对应图5(a)中从椭球顶部到底部的纵深方向的能量分布，不同脉冲能量的对材料改性效果不同，从而使得量子器件性质不均一。而时域同步的两束子束飞秒激光在待加工材料纵深处正交后，则可获得图5(b)中近球型的脉冲能量分布，从而可以加工出不同深度性质均一的器件，满足量子器件对光路对称的基本要求。

Claims

1.一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)、样品台和玻璃四棱镜的调平；

具体步骤为：首先，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第一凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍，并依次经由调平反射镜M反射和调平物镜OL聚焦后入射至样品台；然后，在样品台上接上载玻片，将玻璃四棱镜QL固定于压电平台PI上并移动至载玻片上方，以载玻片的互相垂直的两条边为X轴与Y轴，利用激光在坐标为(0，0)，(0，5cm)，(5cm，0)三点处对样品表面进行烧蚀，烧蚀点尺寸直径为5μm，曝光时间10s；在(0，0)和(5cm，0)两点间移动样品台，同时调整X方向调平旋钮T₁，直至(0，0)和(5cm，0)两点处的损伤点同时清晰可见，测试X方向调平完毕；同理，利用(0，0)和(0，5cm)两点及Y方向调平旋钮T₂对Y方向进行调平，并固定此时样品台的位置；随后，利用照相机CCD观察玻璃四棱镜QL和载玻片界面的等厚干涉现象来调平QL，调节压电平台高度和水平位置直至CCD中无法观察到等厚条纹时，代表QL已调平，并固定压电平台此时的位置；

(2)、飞秒激光分束和等光程调节；

具体步骤为：首先，使激光器出射的飞秒激光经由第一凹透镜L₁和第一凸透镜L₂进行扩束，将光斑扩大4倍；然后，经由第一半反半透镜BS₁进行均匀分束，得到第一子束飞秒激光FL₁和第二子束飞秒激光FL₂；随后，FL₁依次经由第一反射镜M₁、第二反射镜M₂、第三反射镜M₃、第四反射镜M₄反射至第五反射镜M₅，FL₂经由第六反射镜M₆反射至M₇；最后，通过测量FL₁、FL₂各自的传播路径长度即光程，调节上述各反射镜的位置使两束子束飞秒激光的光程相等，即FL₁、FL₂同时到达各自的空间调节反射镜；

(3)、脉冲空间同步和等功率调节；

具体步骤为：首先，在QL底部粘上荧光纸，通过电脑端及监控装置实时监测荧光纸，调节第五反射镜M₅与竖直方向的夹角，使FL₁垂直入射至QL一侧的棱面，同时调节样品台的高度，使FL₁经由第二凸透镜L₃聚焦并入射至荧光纸上的位置P，并在电脑端监测屏幕标记该位置；然后，调节第七反射镜M₇与竖直方向的夹角，使FL₂经由第三凸透镜L₄聚焦并垂直入射至QL另一侧的棱面，经由QL折射后同样入射至荧光纸上的位置P，即两束子束飞秒激光聚焦于荧光纸上同一点，达到空间同步；最后，用两个功率计分别监测FL₁被M₃反射后的功率和FL₂被M₆反射后的功率，同时在M₆和M₇之间加装二分之一波片P和偏振分束器PBS，转动二分之一波片调节FL₂的功率，直至FL₁、FL₂的功率相等；

(4)、脉冲时间同步调节；

具体步骤为：所用脉冲时间同步调节的辅助设备为步进电机H，并预先将时间同步反射镜组S，固定于步进电机上，所述时间同步反射镜组S由M₂和M₃组成；首先，取下荧光纸，将载玻片置于样品台上，同时在玻璃四棱镜QL与载玻片的界面注射折射率匹配液，调节样品台高度使会聚的两子束飞秒激光焦点落在载玻片表面；接着，设置激光器总功率为1nJ，利用步进电机H控制时间同步反射镜组S左右移动，同时控制样品台在水平面内做圆周平动，查看在时间同步反射镜组S左右移动过程中激光焦点是否能在载玻片表面扫出圆形扫线；如果不能，说明脉冲并未同步，继续增加激光器总功率，每次增加50nJ，重复上述“左右移动S-查看圆形扫线”的过程，直至载玻片表面出现圆形扫线，并固定此时S的位置；出现圆形扫线说明此时两束飞秒激光FL₁和FL₂的脉冲叠加能量达到激光加工阈值，实现脉冲同步，即形成所需的双光子激发焦斑；

(5)、三维埋入式结构直写；

具体步骤为：将载玻片从样品台取下，换上待加工的材料，调节样品台和压电平台PI的高度，使得双光子激发焦斑移动至材料内部的所需加工位置；然后，控制样品台和压电平台同步移动，可实现双光子激发焦斑在材料内部进行深度连续可调的直写加工，最终获得所需三维埋入式结构。

2.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，步骤(1)所述飞秒激光波长为1030nm，脉冲宽度为100fs；所述玻璃四棱镜是从玻璃三棱镜切割而来，原玻璃三棱镜的底面为等腰直角三角形，其边长分别为1.5cm、1.5cm、2.121cm，侧棱长3cm，在三角形直角处沿侧棱方向切去一个小三棱柱，其底面三角形边长分别为0.5cm、0.5cm、0.707cm，得到所述玻璃四棱镜；所述玻璃四棱镜放置时，未经切割的棱面朝下覆盖在载玻片表面；所用调平玻璃四棱镜的物镜OL的工作距离为34mm，NA＝0.28，放大倍数×10。

3.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，步骤(2)所述M₁、M₂和M₆与竖直方向成45°角，M₃和M₄与竖直方向成-45°角，整个光路呈左右对称设置；M₁-M₆距光路对称轴的垂直距离依次为20、0、0、40、40、40cm；FL₁和FL₂在分别到达第五反射镜M₅与第七反射镜M₇之前与样品表面垂直，经过M₅和M₇之后与样品法线的成角为45°；M₅和M₇距离样品表面的高度为40cm。

4.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，步骤(3)所述M₅和M₇呈左右对称放置，到对称轴距离为X₅＝X₇＝40cm；L₃和L₄呈左右对称放置，焦距均为15cm，距样品表面高度为10.606cm；所用脉冲空间同步调节的监控装置为照相机CCD、第四凸透镜L₅和物镜OL以及起照明作用的第二半反半透镜BS₂、第五凸透镜L₆和照明光源R；具体监控过程为：当FL₁和FL₂分别经由M₅和M₇反射至QL底部荧光纸面后，R发出的照明光依次经由L₆聚焦、BS₂分束后垂直入射至荧光纸面进行照明，并利用物镜OL对荧光纸面的光信号进行收集并经由BS₂透射、L₆再聚焦，最终将荧光纸上的亮斑及荧光纸同时成像于CCD中，在电脑屏幕上会显示出荧光亮斑；其中，OL、BS₂、L₅和CCD光轴均与整个光路对称轴重合，距样品表面的垂直距离分别为Z_OL＝4.814cm、Z_BS2＝6.814cm、Z_L5＝8.814cm和Z_ccd＝18.814cm；L₆和R距光路对称轴距离为X_L6＝2cm和X_R＝12cm。

5.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，步骤(4)所述折射率匹配液的折射率为美国Cargille公司生产的1.55折射率匹配液，注射剂量50-500μL；所述时间同步反射镜组S左右移动的范围ΔX_H均为-5cm≤ΔX_H≤5cm，S移动的步长为10μm，样品台绕圆周平动的线速度为1mm/s；所述圆形扫线的半径为5-10μm。

6.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，骤(5)所述待加工材料为玻璃，加工时埋入深度为200-500μm，所需向上移动样品台和压电平台的距离为200-500μm。

7.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法，其特征在于，所述的利用多光子激发焦斑对材料进行大埋入深度逐点扫描的速度为2mm/s。

8.如权利要求1所述的一种深度连续可调的近4π立体角飞秒激光直写加工的方法在制备三维埋入式波导方面的应用。