径向偏振光对微纳尺度聚合物结构纵向分辨率的改善

研究了径向偏振型飞秒脉冲激光并将其引入基于双光子吸收理论的微纳加工系统,得到了更高纵向分辨率、更低长径比的二维微纳尺度聚合物结构.对聚焦光场内光强分布的理论模拟表明:径向偏振型飞秒脉冲激光在提高纵向分辨率的同时会在一定程度上降低聚合物结构的横向分辨率,使聚合物结构的长径比降低.用扫描电子显微镜表征聚合物结构得到的结果与理论模拟结果具有良好的一致性.径向偏振型飞秒脉冲激光提高了微纳尺度聚合物结构的纵向分辨率,在激光光刻领域有良好的应用前景.     

双光子聚合制备聚苯胺微结构

为直接制备小尺度且具有可控形貌的导电聚合物微结构,利用一种基于飞秒激光的双光子聚合法,实现了聚苯胺在基底上任意位置处微纳米尺寸线条的精准可控制备。以苯胺为单体、硝酸为氧化剂,通过调控苯胺与硝酸的浓度,可以制备出具有不同形貌的聚苯胺微纳米线。不溶于水的苯胺高聚物在水相界面处合成,苯胺与硝酸的浓度及激光功率会影响水溶性苯胺低聚物的分布,进而影响聚苯胺微纳米线的形貌。当苯胺与硝酸浓度分别为0.69 mol·L^-1和0.60 mol·L^-1时,可制备出具有致密光滑形态、电导率为5.79×10^-6 S·cm^-1的聚苯胺微纳米线。本研究为导电聚合物的制备及其在传感器、微型探测器等微纳米器件中的广泛应用提供了新思路。     

可见光波段飞秒激光双光子微纳加工研究

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析。实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子加工的阈值逐渐降低。     

局域表面等离子体共振辅助的金纳米棒/聚合物纳米复合材料的双光子聚合

本文研究了金纳米棒的局域表面等离子体共振效应在双光子聚合过程中的作用,即当激发光与金纳米棒表面等离子体共振波长相匹配时,会在金纳米棒表面产生很强的局域电磁场,从而引发双光子聚合。通过采用与金纳米棒表面等离子体共振波长相同的飞秒激光,在低于光刻胶聚合阈值的功率下照射舍有金纳米棒的光刻胶,制备聚合物包覆金纳米棒的纳米复合材料。透射电子显微镜结果表明,当飞秒激光功率为0.6 W、光斑直径为1.6 cm、照射时间为0.3 s时,金纳米棒表面成功聚合上厚度为5 nm左右的聚合物。本研究在制备聚合物/金属纳米粒子方面提供了一种简单可行的方法,有望在纳米光子学、纳米传感器等新兴领域得到应用。     

飞秒激光双光子聚合三维微纳结构加工技术

飞秒激光双光子聚合微纳加工技术作为重要的三维微纳结构制备手段，已成为国际前沿研究热点。该技术利用激光与物质相互作用的双光子非线性吸收效应和阈值效应，可以突破经典光学理论衍射极限，实现纳米尺度的激光加工分辨力，在三维功能性微纳器件制备领域正在发挥着十分重要的作用。本文在介绍飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的光物理和光化学过程基本原理的基础上，重点回顾人们在改善加工线宽及分辨力、提高加工效率等方面的研究进展与发展概况。该技术所制备的各种微光学器件、集成光学器件、微机电系统以及生物医学器件，不仅充分展示了飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的高空间分辨力和真三维加工特点，也为其在相关前沿领域的应用提供具有启发性的思路。最后，对该技术实现高精度、高效率、低成本、大面积、多功能的三维微纳结构加工所存在的挑战和未来发展方向，进行了讨论和展望。