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。     

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...     

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...     

基于飞秒激光的高速双光子刻写技术

基于飞秒激光的双光子聚合(two-photon polymerization,TPP)加工技术一直是三维微纳加工技术中的研究热点。随着生命科学、材料工程、微纳光学等领域对复杂、大面积微型三维器件制备需求的提升，TPP加工效率不足的问题日益严重，加工时间过长不仅造成加工结构的不稳定，更是严重阻碍这些重要三维器件的进一步推广应用。本文以TPP加工效率提升方面的研究工作为主线，分别从单光束刻写、并行多光束刻写、面曝光和体曝光四个方式进行总结与对比，阐述相应的光学系统设计、刻写策略、刻写精度与通量等方面的研究情况，总结各种技术的优势与劣势，同时展望未来发展趋势。     

基于飞秒激光打印的二氧化钒光谱动态调控结构

具有动态调控能力的微纳光学器件是近年来微纳光子学领域的研究热点，二氧化钒(VO₂)作为一种常见的功能性可调谐材料，其相变前后晶态的转变导致材料本身电磁参数的变化，可用于实现对光谱的动态调控。本文利用VO₂的相变特性和光敏树脂单体的光聚合特性，通过在甲基丙烯酸酯单体中掺入VO₂纳米晶，制备出了有效折射率可变的光敏型聚合物纳米复合材料。在此基础上，结合飞秒激光加工技术，开发出了具有相变调控特性的高精度二维、三维微纳光学结构的一次加工成型技术。测试结果表明，该方法所研制出的微纳光学结构，在外界温度达到相变临界温度时，结构中VO₂纳米晶发生热致相变，导致结构整体的有效折射率发生变化，实现了对短波段光谱的动态调控。     

飞秒激光空间选择性诱导玻璃微结构及应用

利用飞秒激光与玻璃的非线性相互作用，可以对玻璃进行空间选择性微观改性与修饰，赋予新的光功能．本文介绍飞秒激光的持点及其对玻璃微结构的改性，以及近年来利用飞秒激光进行玻璃的缺陷控制、光活性离子(稀土、过渡和重金属离子)价态操作、微晶析出与折射率调控及其在光开关、波分复用、波导型有源器件、光子晶体等微光学器件的制备及光学集成领域应用的进展．     

激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究进展

激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术,可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备.这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义.金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应用.本文综述了激光直写制备金属微纳结构相关研究进展.主要包括激光直写制备金、银、铜以及复合材料微纳结构与...     

基于柱矢量光调控的纵向超分辨率准球形多焦点阵列

激光多焦点阵列以兼具更高的光场操控自由度和焦斑单元高空间分辨率的特点,被广泛应用在光学诱捕以及飞秒激光微纳制造等领域。然而由于阵列中焦斑的纵向分辨率弱于横向分辨率,在激光加工应用中限制了其对各向同性结构的加工能力。因此,本文提出一种基于柱矢量光调控生成纵向超分辨准球形多焦点阵列的方法。利用对柱矢量光的两组基径向偏振光和角向偏振光分别进行聚焦调控,结合环形衰减调制可形成纵向超分辨焦斑,再将两种偏振光场以适当的振幅比例在焦区叠加,从而合成准球形多焦点阵列。实验结果表明,10×10的多焦点阵列中各焦斑尺寸均一,具有近球形光强分布。其中,阵列中所有焦点的纵向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.005λ,横向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.019λ。该具有高尺寸均一性的准球形多焦点阵列可为激光微纳加工精准制备微纳器件提供新的途径。     

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。     

全固态飞秒光学频率梳研究进展及展望

自1999年至今,光学频率梳（Optical Frequency Comb,OFC）经历了二十多年的快速发展。基于飞秒激光的光学频率梳在频率计量学、超快光谱学、光学频率标准、阿秒脉冲的产生、多脉冲时域合成等众多前沿研究领域中发挥了不可替代的作用。特别是继飞秒钛宝石激光频率梳、飞秒光纤激光频率梳之后,基于二极管激光直接泵浦的全固态飞秒激光频率梳由于兼具钛宝石激光噪声低、重复频率高,光纤激光结构紧凑、电光效率高的共同优势,引起了许多研究组的兴趣,并取得系列有意义的进展。本文综述了全固态光学频率梳的发展和已取得的典型应用,并结合笔者所在课题组取得的研究成果,对全固态光学频率梳未来的发展方向进行展望,为促进全固态飞秒锁模振荡器的发展提供借鉴。     

干扰吸收峰影响下TDLAS温度测量方法研究

固体飞秒激光器以其体积小、成本低、使用寿命长、稳定性高、技术较为成熟等特点,受到市场的广泛青睐。重复频率是飞秒激光器的一个重要参数,在实际应用中,高重复频率能带来高效率、高精度等诸多重要优势。本文介绍了SESAM锁模、KLM锁模、高次谐波锁模等常用的GHz固体飞秒激光器锁模技术及发展情况,阐述了GHz飞秒光源在激光加工、距离测量、光谱测量等应用场景中突出的性能优势,并对GHz重复频率固体飞秒激光技术的发展方向进行了预测,为推动GHz重复频率固体激光器技术的完善与提升提供借鉴。     

一种微型转子的激光加工和光致旋转

利用单束强聚焦激光产生的光学力可以驱动微型器件,具有无机械接触和无需导线等优点,为微型机电系统提供了一种新型的驱动方式。在自行研制的飞秒激光微细加工系统中,采用一种新型的丙烯酸酯紫外光固化树脂,通过双光子聚合加工出直径6μm的万字形微转子。利用光镊装置实现了微转子的俘获,并在激光功率50mW时实现了转速为200rpm的光致旋转。微型转子的光致旋转为实现微机械马达提供了一种有效手段。     

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。     

我国飞秒激光诱导微钠功能结构研究取得重要进展

据悉，在国家杰出青年基金和中科院百人计划等项目的支持下，中国科学院上海光学精密机械研究所光子技术实验室在飞秒激光诱导微纳功能结构研究方面最近取得重要进展，研究并找到了一种新的计算全息方法。该方法通过飞秒激光直写，在金属薄膜上形成计算全息图；此法不需掩模且不必对基体材料做清洗、刻蚀等特殊的前期及后期处理；随后通过模拟算法，     

理化所三维金属纳米结构飞秒激光加工获重要进展

中科院理化技术研究所段宣明团队、日本理化学研究所河田聪团队通过合作,近日在利用飞秒激光多光子纳米加工技术进行三维微纳结构制备的研究中获得重要进展,成功突破了光学衍射极限,实现了纳米尺度的三维金属纳米结构加工.     

表面微/纳米计量中的光学测量方法综述

微纳检测技术旨在以微/纳米级的精度测量加工表面特征,在加工过程的控制、建立表面特征与功能间的联系等方面具有重要作用。光学测量方法具有高精度、快速和无损的特点,是微纳检测技术研发的重要内容。本文介绍了表面形貌和薄膜的光学测量方法,并对各方法的特点及应用场合进行了对比总结。微纳制造技术加工的表面具有结构日益小型化、特征日益复杂化的特点,因此开发多模式测量系统是微纳检测技术的发展趋势。     

基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺研究北大核心CSCD

利用光学光刻技术进行多种形状规格聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳敏感结构的并行加工。研究了基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺,并加工出不同形状、、不同大小的PDMS微纳敏感结构。此外,对加工后的PDMS微纳敏感结构薄膜进行表征,观察了不同形状、不同大小的PDMS微纳敏感结构的形貌特征。结果表明:基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺具有加工效率高,加工过程中不需要刻蚀、激光加工等复杂工艺和昂贵设备的特点,并且实现了大批量PDMS微纳敏感结构的并行加工。同时,掩模板上的微纳图案较好地转移到PDMS薄膜上,具有较好的图案曝光成像和图形转移效果。此外,制备的PDMS微纳敏感结构形状较规则、排列整齐,并且不同形状,不同大小的PDMS微纳敏感结构都具有高度一致性较好,侧面轮廓分明,侧壁角接近90°的特征。     

基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺研究

利用光学光刻技术进行多种形状规格聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳敏感结构的并行加工。研究了基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺,并加工出不同形状、、不同大小的PDMS微纳敏感结构。此外,对加工后的PDMS微纳敏感结构薄膜进行表征,观察了不同形状、不同大小的PDMS微纳敏感结构的形貌特征。结果表明:基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺具有加工效率高,加工过程中不需要刻蚀、激光加工等复杂工艺和昂贵设备的特点,并且实现了大批量PDMS微纳敏感结构的并行加工。同时,掩模板上的微纳图案较好地转移到PDMS薄膜上,具有较好的图案曝光成像和图形转移效果。此外,制备的PDMS微纳敏感结构形状较规则、排列整齐,并且不同形状,不同大小的PDMS微纳敏感结构都具有高度一致性较好,侧面轮廓分明,侧壁角接近90°的特征。     

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。     

表面微纳结构的特殊功能及制备方法研究进展

通过构建表面微纳结构和制备纳米涂层可使材料表面获得特殊功能。主要综述了表面微纳结构的特殊功能和制备表面微纳结构和纳米涂层的主要方法和加工技术。首先，介绍了表面微纳结构在超疏水、光学超透镜和减摩耐磨方面的应用；其次，分别阐述了光刻技术、激光加工技术、自组装技术、增材制造技术(3D打印)、沉积法和溶胶凝胶法等表面微纳结构和纳米涂层的加工方法的研究进展；最后，总结了表面微纳结构及纳米涂层的不同制备方法存在的问题和发展趋势。