飞秒激光三维微细加工技术

双光子吸收几率与光强度的平方成正比,因此,双光子吸收引发光致聚合局限在紧密聚焦的焦点区域,通过控制焦点的扫描运动可实现高精度三维加工。基于该原理,提出了一种利用飞秒激光进行微细加工的技术。根据此技术,建立了飞秒激光三维微细加工系统,该系统包括光源系统、显微镜系统、实时监测系统和精密移动系统等。研究发现,该系统加工的直线线宽最小可达500nm;加工线宽与加工速度成反比;激光功率为2mW时,最大和最小临界加工速度分别为80μm/s和1μm/s;制备出线宽1μm,宽度5μm的“CHINA”复杂结构,以及杆间距、层间距均为5μm的三维木堆型光子晶体结构。实验证实,该技术是一种非常灵活的微细加工技术。     

飞秒激光加工微纳光学器件

光学器件正在向着小型化、集成化以及柔性可变形等方向发展,基于集成微纳光学器件的光学系统以其较低的功耗、快速的响应时间以及高信息容量等优势脱颖而出。然而目前的高精度微纳加工手段如聚焦离子束(focused ion beam,FIB)刻蚀、半导体光刻等工艺复杂,且缺乏灵活性。飞秒激光作为一种非接触、高精度、高脉冲强度的“冷”加工工具在微纳加工方面受到格外青睐。本文首先阐述了飞秒激光加工微纳光学器件的背景及相关机理,然后讨论了提高飞秒激光加工分辨率的各种方法,接着综述了基于飞秒激光的多种先进加工手段,其后总结了近年来飞秒激光加工微透镜、光栅、光波导以及光子晶体方面的代表性研究进展。最后,本文概括了飞秒激光加工微纳光学器件研究领域所面临的挑战以及未来发展方向。     

飞秒激光双光子微细并行加工方法

飞秒激光三维微细加工技术具有真三维的制作能力和亚微米的加工分辨率等特点,因此获得越来越多的关注,但其串行工艺加工效率低是其技术难点．为了提高加工效率,搭建了一套飞秒激光并行加工平台,利用微透镜阵列实现飞秒激光分束聚焦,初步实现了双光子微细并行加工,在光敏树脂和玻璃上分别并行加工出多个二维结构,加工单点分辨率达到1．25μm．针对实验结果,对实验的加工一致性和分辨率进行分析,提出了进一步提高加工效率和加工一致性的方法．     

秒激光双光子微纳加工技术及其在光子学微器件制备中的应用

飞秒激光可以与包括玻璃、陶瓷、半导体、金属、塑料、树脂等各类物质产生相互作用,其相互作用原理不同,加工方法也不同。利用非线性光学效应——双光子吸收的飞秒微纳加工技术是最独特也是最具有应用前景的微纳加工技术。利用显微物镜将飞秒激光聚焦到加工介质时激光光强在焦点处呈三维空间分布,双光子吸收过程仅产生在具有足够激光强度的微小区域,通过控制激光光强可以调节双光子吸收的产生范围,在适当的激光强度时,可以突破光学衍射极限的限制,将双光子吸收过程控制到远小于激光波长甚至纳米尺度范围,从而达到进行纳米加工的目的。飞秒激光双光子微纳加工技术具有真三维、一次成型及高加工分辨率的特点,是三维微纳结构制备的理想工具之一。通过“理论计算-计算机辅助图形设计-微纳激光制造“这样一个简单的流程可以实现制备可设计的复杂三维微细结构,因此在光子学微器件、微机电系统等领域具有巨大的应用前景。最近几年双光子微细加工技术也已成功地应用到功能性光子学器件中。在制备基于光子晶体带隙原理的三维光子元器件及其立体集成方面,飞秒激光双光子方法具有无可比拟的优势。我们研究小组利用碳硅烷树状大分子修饰的激光染料与光聚合制备的光固化树脂,采用双光子聚合微加工技术制...     

双光子三维微细加工的进展

介绍了双光子微细加工的原理及特点，总结了国内外在三维微结构、三维功能器件以及新型材料双光子微细加工的一些进展．同时介绍了作者在双光子三维微细加工研究中取得的一些研究结果．     

飞秒激光微精细加工技术与MEMS动态测试技术

本文阐述了飞秒激光微精细加工技术的原理特点，在微机械和微光学中的应用，及其在加工研究中取得的一些进展；提出一种基于计算机视觉、显微干涉及激光多普勒的MEMS的动态测试技术，实现MEMS器件平面运动幅度的快速测量、平面和离面运动的测量和离面运动的瞬态测量。     

飞秒激光微精细加工技术与MEMS动态测试技术

本文阐述了飞秒激光微精细加工技术的原理特点,在微机械和微光学中的应用,及其在加工研究中取得的一些进展;提出一种基于计算机视觉、显微干涉及激光多普勒的 MEMS 的动态测试技术,实现 MEMS 器件平面运动幅度的快速测量、平面和离面运动的测量和离面运动的瞬态测量。     

二维和三维微/纳高效精密加工中的纳立体刻印工艺

双光子聚合（TPP）是通过光敏剂中的非线性双光子吸收过程所引发的,其作为一种新工艺,自问世以来,已在二维和三维加工聚合应用领域中得到广泛研究．对于二维纳米图案的加工,纳复制工艺已经演变为体素模板扫描方法．该方法用黑白双色2块图作为设计图案,并转排成体素模板以控制聚焦激光素的开关．复杂的三维微结构也可以采用多重断面分层叠加的方法进行加工,各断面的扫描数据从三维CAD数据中得到．在聚合反应后,没有固化的液态树脂,其采用在树脂上浇注类似于酒精之类溶剂的方法去除,从而显露出聚合的微结构．在前期的工作中,已经成功地加工出了高空间分辨力的三维微光学器件,分辨力约为100nm．微机械器件和光子晶体等的近期研究工作提高了其TPP的效率和精度．介绍了近来开发的基于TPP的一些微加工工艺．     

用有限元法计算飞秒激光双光子成型点弹性模量

采用有限元法对材料为SCR500的飞秒激光双光子成型点力学性能进行建模及仿真计算，得出了不同弹性模量下成型点与探针之间的作用力．进而利用原子力显微镜接触模式，选用无针尖探针，测量了成型点的力学性能，得出了相同位移载荷下成型点与探针之间的作用力．将测量结果和仿真结果进行比较，推算出成型点的弹性模量．分析结果表明。双光子固化成型点的弹性模量大约为宏观材料弹性模量的1／7．这为进一步研究双光子飞秒激光加工微器件的力学性能提供了基础．     

微透镜阵列的飞秒激光加工方法

为研究常用的微透镜制造方法,通过熔融光刻胶法、反应离子束刻蚀技术、微喷打印法、飞秒激光加工法、热压印法等的对比,表明采用飞秒激光加工以及局部腐蚀的方法,能够加工各种形状的微透镜阵列,而且加工时间短,制造成本低,微透镜最小特征尺寸可以达到30μm以内。将飞秒激光加工的微透镜阵列作为模板,运用热压印技术进行复制,不仅能够获得质量良好的微透镜阵列,还能够批量化生产,减小制造成本。     

仿生超滑表面的飞秒激光微纳制造及应用

仿猪笼草的超滑表面由于可以抵抗多种液体的粘附,具有优异的稳定性与自修复性,受到越来越广泛的关注.而飞秒激光由于其对加工材料的普适性、高精度,以及高可控性,成为仿生超滑表面制备的有力手段.本文以仿猪笼草的超滑表面为背景,以飞秒激光微加工技术为手段.从超滑表面的飞秒激光微纳制备和应用两个方面,概述了超滑表面的微纳制造和应用...     

飞秒激光照射银离子掺杂的 BK7光学玻璃的显微结构变化

使用聚焦的800nm,120fs,1kHz的超短脉冲激光在掺Ag^＋的BK7玻璃内部空间选择性地写入了光栅结构,然后将样品在不同温度下进行热处理.吸收光谱表明,BK7玻璃在飞秒激光照射后产生了氧空位色心,在575℃热处理后析出了银纳米颗粒.光栅的衍射效率随热处理温度的升高而减小,在575℃后又开始升高.用光学显微镜观察了光栅的结构变化并对现象产生的机制进行了分析.     

周期渐变型准金刚石结构光子晶体的双光子聚合纳米加工技术

利用双光子聚合加工技术在低折射率材料中制备了具有宽带隙的光子晶体结构,通过递推方式获得晶格常数的最佳变化条件.通过透射及反射谱测量及时域有限差分方法证实了周期渐变的准金刚石结构的带隙展宽现象,该结果表明三维光子晶体带隙展宽可由不同晶格常数的结构叠加形成.     

纳焦飞秒激光在有机材料表面刻划微结构光栅的研究

使用振荡器产生的飞秒激光在透明有机材料PMMA表面进行了刻划微结构光栅的研究．通过理论分析得到了飞秒激光参数和平台移动速度对线宽的影响，进行了系统的加工实验，加工结果与理论分析基本吻合．在透明有机材料PMMA表面进行了多种光栅的刻划，并对刻划的光栅进行了衍射和色散测试，调整光栅的尺寸和排列方式，得到了形状各异的衍射图案。     

飞秒激光玻璃微加工技术

为了研究飞秒激光作用下光学玻璃内部发生的改性过程,利用重复频率为1kHz、中心波长为775am、脉宽为130fs的飞秒激光对光学玻璃进行微加工．结果表明,激光辐照区发生永久性折射率改变,并且玻璃的改性线宽随着激光功率的增加而增加,随激光扫描速度的降低而增加．根据飞秒激光致使光学玻璃发生改性的特点,利用飞秒激光在光学玻璃内部直接刻写了相位光栅和二维图案,研究了相位光栅的衍射特性．     

飞秒激光过饱和掺杂硅材料的研究及发展

飞秒激光利用其超快的作用时间、超强的峰值功率的特性,可以与半导体材料表面发生瞬态光化学反应,从而对材料进行有效的掺杂,且可以实现超过材料固溶度极限的过饱和掺杂,同时能在材料表面形成准周期的微纳结构。导致半导体表面性质发生改变,产生超宽光谱高吸收的特性,从而突破传统物理限制,并由此产生了一系列全新的应用。本文总结了飞秒激光与硅相互作用的基本理论和几种物理模型,介绍了其在相关领域的应用,并对飞秒激光过饱和掺杂及改性硅的发展前景作出展望。

     

我国飞秒超快激光法制备超小尺寸银纳米孔取得进展

尽管光学衍射极限极大地限制了纳米结构的光学方法制备，但是这方面的努力和进步一直都没有停止过。在这一进程中超快激光起到了重要的作用，“用超快制备超小结构”成为其特色。     

飞秒激光直写加工SERS基底及其应用

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)是一种高灵敏度、高分辨率的分子识别技术,在多个领域具有非常重要的应用价值。飞秒激光直写作为一种新兴的低成本、高分辨率、高灵活性的微纳加工方法,在制备SERS基底领域得到了广泛的应用。本文重点概述了四种飞秒激光直写制备SERS基底的加工方法,主要包括飞秒激光双光子还原、飞秒激光切割金属、飞秒激光切割-溅射、飞秒激光3D打印。文章简单介绍了各方法制备SERS基底的性能与应用场景,阐述了飞秒激光直写加工在制备SERS基底中的优势,旨在为今后相关研究提供参考。     

双光束超分辨激光直写纳米加工技术

随着纳米技术的不断发展,各行业领域对纳米尺寸结构的加工需求与日剧增,激光直写加工技术作为一项重要的三维微纳结构加工手段,在多个现代科学技术领域得到了广泛应用。针对三维微纳结构制备,双光束超分辨激光加工技术,结合双光子聚合(TPP)过程与受激发射损耗(STED)纳米显微技术的原理,实现了超光学衍射极限的加工分辨率,为三维纳米结构加工技术及其应用提供了新的发展方向。本文将阐述基于双光束超分辨激光加工技术超光学衍射极限的基本原理,并回顾该技术在改善加工线宽及分辨率等方面的研究进展,以及在相关领域中的应用。最后就如何实现低成本、高效率、大面积、多功能性材料加工存在的挑战和未来发展方向进行了讨论。