CN114815317A - 一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法，涉及光学系统技术领域。该相变材料薄膜的图像化相位调控装置包括激光光源、图像化光场调控器和相变材料薄膜；所述激光光源设置在所述图像化光场调控器的前端，所述激光光源用于发射激光光束至所述图像化光场调控器；所述相变材料薄膜设置在所述图像化光场调控器的后端，所述图像化光场调控器调制所述激光光束，并将所述激光光束调制为预设光场分布光斑，所述预设光场分布光斑投射在所述相变材料薄膜的待加工表面。该相变材料薄膜的图像化相位调控装置可以实现保证加工精度的同时，极大地提高加工效率的技术效果。

Description

一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法

技术领域

本申请涉及光学系统技术领域，具体而言，涉及一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法。

背景技术

近年来，相变材料受到科学家们的广泛关注，这类相变材料在不同温度下具有晶态与非晶态两种状态，在不同的相态下，其折射率、吸光系数等光学性质有明显区别。相变材料的不同相态可逆，可以实现任意的中间相态；并且相态稳定，在稳定的外界环境下，不易挥发、氧化，能够持续维持当前的相态；并且具有非常快的相态调控速度。这些优点使得相变材料在光学存储、空间光场调控、光子集成芯片等领域获得了非常高的关注。

现有技术中，目前相变材料相态调控方式主要有加热退火、激光逐点扫描两种方式，这两种方式由于其自身的缺陷，均无法满足工业化生产加工的需求，无法同时兼顾加工效率与加工精度要求的相态调控方式。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法，可以实现保证加工精度的同时，极大地提高加工效率的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置，包括激光光源、图像化光场调控器和相变材料薄膜；

所述激光光源设置在所述图像化光场调控器的前端，所述激光光源用于发射激光光束至所述图像化光场调控器；

所述相变材料薄膜设置在所述图像化光场调控器的后端，所述图像化光场调控器调制所述激光光束，并将所述激光光束调制为预设光场分布光斑，所述预设光场分布光斑投射在所述相变材料薄膜的待加工表面。

在上述实现过程中，该相变材料薄膜的图像化相位调控装置通过激光光源发射的激光光束调控相变材料薄膜的相态，可通过图像化光场调控器控制相变材料薄膜表面的激光光场分布，将激光光束调制为预设光场分布光斑，从而在相变材料薄膜的待加工表面实现特定图像的光场分布，在相变材料薄膜的表面一次性实现特定图像区域的相位调控，从而实现表面相位的快速调控，不需要激光逐点扫描，在保证加工精度的同时，极大地提高了加工效率。

进一步地，所述图像化光场调控器包括分束片和多个反射片；

所述激光光源设置在所述分束片的前端，通过所述分束片将所述激光光束分为功率相等的两束子激光光束，所述两束子激光光束分别通过所述多个反射片并反射到所述相变材料薄膜的同一位置干涉。

在上述实现过程中，通过分束片形成两束子激光光束并使两束子激光光束形成干涉，从而通过干涉方式实现光场调控，获得能量分布周期性渐变的预设光场分布光斑。

进一步地，所述图像化光场调控器包括空间光调制器；

所述激光光源发射的所述激光光束进入所述空间光调制器，所述空间光调制器施加有预设相位图，所述激光光束所述空间光调制器的表面反射后，获得所述预设光场分布光斑。

在上述实现过程中，通过空间光调制器获得光束能量分布为圆环的光斑图案，实现圆环分布的表面相位加工。

进一步地，所述图像化光场调控器还包括光开关和光功率衰减器；

所述光开关和所述光功率衰减器依次设置在所述激光光源、所述空间光调制器之间，所述光开关用于调控所述激光光束的出光，所述光功率衰减器用于调控所述激光光束的激光功率。

进一步地，所述图像化光场调控器还包括物镜，所述物镜设置在所述相变材料薄膜的正上方。

在上述实现过程中，将物镜放置在物镜相变材料薄膜的正上方，使相变材料薄膜的表面与物镜工作距离平面重合，此时打开加工激光光源即可对相变材料薄膜表面进行相位调控，其相位调控区域为圆环状。

进一步地，图像化光场调控器包括超表面器。

进一步地，所述激光光源为飞秒激光光源或连续激光光源。

在上述实现过程中，连续激光光源发射连续激光，连续激光可以对相变材料薄膜的非晶态表面进行晶化；飞秒激光光源发射飞秒激光，飞秒激光可以对相变材料薄膜的晶态表面进行非晶化，即进行去晶。

第二方面，本申请实施例提供了一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法，应用于第一方面任一项所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，所述方法包括：

获取相变材料薄膜，其中所述相变材料薄膜的所有相变材料的初始状态均为非晶态；

对激光光束进行光场调制，改变所述激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑；

将所述相变材料薄膜放置在所述预设位置，所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的表面，以使所述预设光场分布光斑投射在所述相变材料薄膜的表面。

进一步地，所述将所述相变材料薄膜放置在所述预设位置，所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的表面的步骤之后，所述方法还包括：

通过精密位移平台控制所述相变材料薄膜的空间位置，以使所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的不同位置。

在上述实现过程中，结合精密位移平台，控制相变材料薄膜的空间位置，使得激光光束照射在薄膜的不同位置，各个位置依次进行加工，从而实现大尺寸的相态调控。

进一步地，所述对激光光束进行光场调制，改变所述激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑的步骤之后，所述方法还包括：

通过物镜汇聚所述激光光束，缩小所述预设光场分布光斑。

在上述实现过程中，通过物镜汇聚，使得特定能量分布的激光光斑尺寸缩小，并在物镜工作平面位置达到最小尺寸，从而提高加工的空间精度。

本申请公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的预设相位图的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法的流程示意图。

图标：激光光源100；图像化光场调控器200；分束片211；反射片212；空间光调制器221；物镜222；相变材料薄膜300。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请实施例提供了一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法，可以应用于相变材料薄膜表面的相位调控中；该相变材料薄膜的图像化相位调控装置通过激光光源发射的激光光束调控相变材料薄膜的相态，可通过图像化光场调控器控制相变材料薄膜表面的激光光场分布，将激光光束调制为预设光场分布光斑，从而在相变材料薄膜的待加工表面实现特定图像的光场分布，在相变材料薄膜的表面一次性实现特定图像区域的相位调控，从而实现表面相位的快速调控，不需要激光逐点扫描，在保证加工精度的同时，极大地提高了加工效率。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构框图，该相变材料薄膜的图像化相位调控装置包括激光光源100、图像化光场调控器200和相变材料薄膜300。

示例性地，激光光源100设置在图像化光场调控器200的前端，激光光源100用于发射激光光束至图像化光场调控器200。

示例性地，相变材料薄膜300设置在图像化光场调控器200的后端，图像化光场调控器200调制激光光束，并将激光光束调制为预设光场分布光斑，预设光场分布光斑投射在相变材料薄膜300的待加工表面。

示例性地，相变材料薄膜300的表面涂覆有相变材料，相变材料在特定激光的照射下可以发生晶化→非晶化、或者非晶化→晶化的相态改变。

示例性地，图像化光场调控器200可以调制激光光束，在相变材料薄膜300的待加工表面形成预设光场分布光斑，实现在相变材料薄膜300表面的特定图像的光场分布，从而在相变材料薄膜300的表面一次性实现特定图像区域的相位调控，改变相变材料的相态。

在一些实施方式中，该相变材料薄膜的图像化相位调控装置通过激光光源100发射的激光光束调控相变材料薄膜300的相态，可通过图像化光场调控器200控制相变材料薄膜300表面的激光光场分布，将激光光束调制为预设光场分布光斑，从而在相变材料薄膜的待加工表面实现特定图像的光场分布，在相变材料薄膜的表面一次性实现特定图像区域的相位调控，从而实现表面相位的快速调控，不需要激光逐点扫描，在保证加工精度的同时，极大地提高了加工效率。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构示意图，图像化光场调控器200包括分束片211和多个反射片212。

示例性地，激光光源100设置在分束片211的前端，通过分束片211将激光光束分为功率相等的两束子激光光束，两束子激光光束分别通过多个反射片212并反射到相变材料薄膜300的同一位置干涉。

示例性地，通过分束片211形成两束子激光光束并使两束子激光光束形成干涉，从而通过干涉方式实现光场调控，获得能量分布周期性渐变的预设光场分布光斑。

在一些实施方式中，利用分束片211将激光光束分为功率相等的两束子激光光束，两束子激光光束分别进行滤波，然后利用反射片212反射到同一位置干涉，干涉结果为能量分布周期性渐变的竖条纹，根据光栅方程dsinθ=mλ，其中光栅周期由两束激光干涉前的夹角与连续激光波长决定。

在一些实施方式中，将相变材料薄膜300放置在两束子激光光束干涉的位置，并保证相变材料薄膜300表面与两束子激光光束的夹角的中心线垂直，通过特定时长的曝光调制，相变材料薄膜300的表面即可实现周期性渐变相位状态的调控。

在一些实施方式中，本申请实施例说明的相位调控方式可以通过一次调控，实现整个干涉图案内所有位置的相位调控，调控效率高，并且可以对相变材料薄膜300表面不同位置进行不同的相位状态调控，该实施例说明了图像化相位调控方式的可行性，并证明了其加工效率远大于激光逐点扫描的方式，使得相变材料薄膜的工业化应用具有了可行性。

请参见图3和图4，图3为本申请实施例提供的另一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置的结构示意图，图4为本申请实施例提供的预设相位图的示意图；图像化光场调控器200包括空间光调制器221。

示例性地，激光光源100发射的激光光束进入空间光调制器221，空间光调制器221施加有预设相位图，激光光束空间光调制器221的表面反射后，获得预设光场分布光斑。

示例性地，通过空间光调制器221获得光束能量分布为圆环的光斑图案，实现圆环分布的表面相位加工。

示例性地，图像化光场调控器还包括光开关和光功率衰减器；光开关和光功率衰减器依次设置在激光光源100、空间光调制器221之间，光开关用于调控激光光束的出光，光功率衰减器用于调控激光光束的激光功率。

示例性地，图像化光场调控器200还包括物镜222，物镜222设置在相变材料薄膜的正上方。

示例性地，将物镜222放置在物镜相变材料薄膜300的正上方，使相变材料薄膜300的表面与物镜222工作距离平面重合，此时打开加工激光光源100即可对相变材料薄膜300表面进行相位调控，其相位调控区域为圆环状。

在一些实施方式中，激光光源100发射的激光光束通过高速光开关与电动激光功率衰减器，可实现动态调控激光光束的出光与激光功率；可选地，激光光束可利用伽利略望远镜系统进行扩束，同时利用一个30-150微米大小的小孔在伽利略望远镜系统的焦点处进行空间滤波，将激光光束扩束为7-13毫米直径、高斯光束分布的准平行光束。

在一些实施方式中，将扩束后的激光光束反射进入空间光调制器221，保证激光光束平行照射在空间光调制器221相位调控区域的正中心，并在其表面发生反射，空间光调制器221表面入射与反射的光束夹角小于5度。

在一些实施方式中，通过控制软件，对空间光调制器221施加特定的预设相位图，预设相位图如图4所示，当激光光束在其表面反射后，就可以得到圆环状的光斑。

示例性地，利用两个透镜对反射的圆环光斑光束进行缩束，将其直径压缩到3-6毫米，使得光束的直径与物镜入瞳直径相等，并最终垂直射入到物镜中，实现聚焦，得到更小尺寸的圆环光斑。

示例性地，将相变材料薄膜300放置在物镜222的正下方，使相变材料薄膜300表面与物镜222工作距离平面重合，此时打开激光光源100即可对相变材料薄膜表面进行相位调控，其相位调控区域为圆环状。

示例性地，图像化光场调控器200包括超表面器。

示例性地，超表面器即超表面器件；其中，超表面是指一种厚度小于波长的人工层状材料。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。

示例性地，激光光源100为飞秒激光光源或连续激光光源。

示例性地，连续激光光源发射连续激光，连续激光可以对相变材料薄膜的非晶态表面进行晶化；飞秒激光光源发射飞秒激光，飞秒激光可以对相变材料薄膜的晶态表面进行非晶化，即进行去晶。

请参见图5，图5为本申请实施例提供的一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法的流程示意图，该相变材料薄膜的图像化相位调控方法包括如下步骤：

S100：获取相变材料薄膜，其中相变材料薄膜的所有相变材料的初始状态均为非晶态。

示例性地，获取均匀致密的相变材料薄膜，其中所有相变材料的初始状态均为非晶态。

示例性地，目前的薄膜生长技术下，初始状态为非晶态的薄膜均匀性更好，更有利于进行相位调控。

S200：对激光光束进行光场调制，改变激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑。

示例性地，激光光束可以是飞秒激光或连续激光光束。

示例性地，可以通过干涉、空间光调制器或超表面器件等方式，对飞秒激光或连续激光光束进行调制，改变激光光束在相变材料薄膜表面的光场分布，在薄膜表面获得特定图像化的激光光斑。

S300：将相变材料薄膜放置在预设位置，激光光束照射在相变材料薄膜的表面，以使预设光场分布光斑投射在相变材料薄膜的表面。

示例性地，将相变材料薄膜放置在特定图像化的激光光斑位置（预设光场分布光斑），使飞秒激光与连续激光光斑照射在相变材料薄膜地表面，由于相变材料薄膜表面激光光束具有特定的图像结构，其表面相位调控也具有了特定图像的空间分辨能力，通过一次激光照射，就可以实现一个特定图像的表面相位调控，并且可以通过改变调制方式，实时调整激光光束的图像化结构。

示例性地，相变材料薄膜在飞秒激光或连续激光激励下可实现晶态与非晶态的可逆变化，飞秒激光具有较低脉宽、较高的单脉冲能量，主要用于晶态到非晶态的加工（去晶），连续激光主要用于非晶态到晶态的加工（晶化），通过调整连续激光的能量密度，可以实时改变相变材料的晶化程度，得到任意的中间相态。

请参见图6，图6为本申请实施例提供的另一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法的流程示意图。

示例性地，S300：将相变材料薄膜放置在预设位置，激光光束照射在相变材料薄膜的表面的步骤之后，方法还包括：

S400：通过精密位移平台控制相变材料薄膜的空间位置，以使激光光束照射在相变材料薄膜的不同位置。

示例性地，由于激光光斑最大尺寸的限制，单独一次加工通常只能实现相变材料薄膜表面有限尺寸的相态调控，在进行大尺寸相态调控时不满足要求，此时需要结合精密位移平台，控制相变材料薄膜的空间位置，使得激光光束照射在薄膜的不同位置，各个位置依次进行加工，从而实现大尺寸的相态调控。

在一些实施方式中，通过改变激光光束的光场分布与相变材料薄膜的空间位置，在相变材料薄膜表面任意特定位置实现特定图像的相位调控。

示例性地，在通过连续激光进行晶化时，激光光斑不同位置具有不同的能量密度，不同的激光能量密度就会导致不同的晶化程度，最终得到不同的相位状态。因此，单独的一次加工，就可以在光斑范围内实现特定的相态分布，而不用逐点扫描，极大的提升了调控速率。

示例性地，在飞秒激光进行去晶时，通过光场调控，可以对相变材料薄膜表面多个特定区域同时进行去晶，避免了逐点扫描，同样极大的提高了去晶调控的速率。

在一些实施方式中，所述的飞秒激光与连续激光的波长在可见光波段，波长包括400nm ~700nm，所述飞秒激光脉宽小于300飞秒。

在一些实施方式中，所述的相变材料包括硫化锑、锗碲硫、锗锑碲、锗砷硫或锗碲硒等。

需要注意的是，本申请实施例中所述光场调控方式包括但不限于干涉、空间光调制器、超表面器件等方式。

示例性地，S200：对激光光束进行光场调制，改变激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑的步骤之后，方法还包括：

S210：通过物镜汇聚激光光束，缩小预设光场分布光斑。

示例性地，通过使用高数值孔径的物镜，将进行过光场调制的激光光束汇聚，通过物镜汇聚，使得特定能量分布的激光光斑尺寸缩小，并在物镜工作平面位置达到最小尺寸，从而提高加工的空间精度。

示例性地，目前相变材料薄膜表面的相位调控方式主要有两种，分别是加热方式和激光逐点扫描：

其一为加热方式，对相变材料薄膜进行加热，加热温度超过其熔点Tm，并使其骤冷即可形成非晶态，使其缓慢冷却即可形成晶态，通过控制加热温度与降温速率，即可实现相变材料薄膜的表面相态控制；该方式可以同时实现大面积的相态控制，并且实验装置较为简单，成本较低。但是加热方式无法单独调控相变材料薄膜表面任意特定位置的相态，无法实现薄膜不同位置不同相态的需求，在实际应用中非常受限；通过管式炉等设备对相变材料进行加热，改变其相态，目前的技术很难实现较高精度的温度空间分布控制，同一块相变材料薄膜样品只能在同一温度下进行相态调控，无法实现特定的表面相态分布，无法满足相变材料的实际应用需求。

其二为激光逐点扫描，利用高能量激光光束汇聚照射相变材料，通过设置激光的参数实现不同的相态调控需求，通过改变激光照射位置，实现相变材料薄膜表面不同位置单独调控。该方法加工精度高，仅受限于激光的光学衍射极限与材料本身性能，同时可以任意定制相变材料表面相态的空间分布，极大的推动了相变材料的实际应用。但是该方式加工效率较低，加工周期长，仍然难以满足工业化生产的需求。通过高数值孔径的物镜，使高能量激光光束汇聚，照射在相变材料薄膜表面，通过改变激光参数与样品照射位置，可以实现任意空间相态分布的调控，该加工方式灵活性高；

为了实现更高的加工精度，激光汇聚光斑尺寸通常只有百纳米量级，而实际应用的光子集成芯片器件尺寸远大于这个尺寸，为了调控整个相变材料薄膜的表面相位分布，需要利用激光光斑逐点扫描整个薄膜样品表面，该加工方式进行一次完整加工所需要的时间非常庞大，加工效率较低，无法满足工业化生产的需求。

示例性地，为了解决上述的缺陷，实现高效率、高精度的相变材料薄膜表面相位调控，本申请实施例提出了一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置及方法，采用了飞秒激光、连续激光两束激光调控相变材料薄膜的相态，通过调制激光光束，在待加工样品表面实现特定图像的光场分布，在相变材料薄膜表面一次性实现特定图像区域的相位调控，不需要激光逐点扫描，保证加工精度的同时，极大地提高了加工效率，为相变材料薄膜在工业化生产应用提供了可能性。

示例性地，本申请提出了一种相变材料薄膜的图像化相位调控方式，相对于现有的相位调控方式，本发明在保证调控精度同时，极大的提高了调控效率：

相对于加热调控，本申请提出的调控方式能够对相变材料薄膜不同位置的相位状态单独进行调控，能够获得特定的相位分布图案，并且相位调控的空间精度仅受限于激光的衍射极限，调控精度高。而加热调控方式受限于加热设备，无法实现高精度的相位空间分布，实际应用较为受限；

相对于激光逐点扫描，本发明提出的调控方式通过单次调控就可以实现较大范围的相位调控，调控效率高。而逐点扫描需要对范围内每个衍射极限尺寸的点单独依次进行相位调控，同样的调控范围，耗时更长，调控效率低。

在本申请所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，包括激光光源、图像化光场调控器和相变材料薄膜；

所述激光光源设置在所述图像化光场调控器的前端，所述激光光源用于发射激光光束至所述图像化光场调控器；

所述相变材料薄膜设置在所述图像化光场调控器的后端，所述图像化光场调控器调制所述激光光束，并将所述激光光束调制为预设光场分布光斑，所述预设光场分布光斑投射在所述相变材料薄膜的待加工表面。

2.根据权利要求1所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，所述图像化光场调控器包括分束片和多个反射片；

所述激光光源设置在所述分束片的前端，通过所述分束片将所述激光光束分为功率相等的两束子激光光束，所述两束子激光光束分别通过所述多个反射片并反射到所述相变材料薄膜的同一位置干涉。

3.根据权利要求1所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，所述图像化光场调控器包括空间光调制器；

所述激光光源发射的所述激光光束进入所述空间光调制器，所述空间光调制器施加有预设相位图，所述激光光束所述空间光调制器的表面反射后，获得所述预设光场分布光斑。

4.根据权利要求3所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，所述图像化光场调控器还包括光开关和光功率衰减器；

所述光开关和所述光功率衰减器依次设置在所述激光光源、所述空间光调制器之间，所述光开关用于调控所述激光光束的出光，所述光功率衰减器用于调控所述激光光束的激光功率。

5.根据权利要求3所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，所述图像化光场调控器还包括物镜，所述物镜设置在所述相变材料薄膜的正上方。

6.根据权利要求1所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，图像化光场调控器包括超表面器。

7.根据权利要求1所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，其特征在于，所述激光光源为飞秒激光光源或连续激光光源。

8.一种相变材料薄膜的图像化相位调控方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任一项所述的相变材料薄膜的图像化相位调控装置，所述方法包括：

获取相变材料薄膜，其中所述相变材料薄膜的所有相变材料的初始状态均为非晶态；

对激光光束进行光场调制，改变所述激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑；

将所述相变材料薄膜放置在所述预设位置，所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的表面，以使所述预设光场分布光斑投射在所述相变材料薄膜的表面。

9.根据权利要求8所述的相变材料薄膜的图像化相位调控方法，其特征在于，所述将所述相变材料薄膜放置在所述预设位置，所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的表面的步骤之后，所述方法还包括：

通过精密位移平台控制所述相变材料薄膜的空间位置，以使所述激光光束照射在所述相变材料薄膜的不同位置。

10.根据权利要求8所述的相变材料薄膜的图像化相位调控方法，其特征在于，所述对激光光束进行光场调制，改变所述激光光束在预设位置表面的光场分布，并获得预设光场分布光斑的步骤之后，所述方法还包括：

通过物镜汇聚所述激光光束，缩小所述预设光场分布光斑。

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