[發明專利]一種飛秒激光雙光子聚合微納加工系統及方法在審

申請號：	201410375257.5	申請日：	2014-08-01
公開（公告）號：	CN104155851A	公開（公告）日：	2014-11-19
發明（設計）人：	程鑫;崔德虎;李自平;明靜	申請（專利權）人：	南方科技大學
主分類號：	G03F7/20	分類號：	G03F7/20
代理公司：	北京品源專利代理有限公司 11332	代理人：	胡彬;路凱
地址：	518055 廣東省***	國省代碼：	廣東;44
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種激光光子聚合加工系統方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

技術領域

本發明涉及微納加工技術領域，尤其涉及一種飛秒激光雙光子聚合微納加工系統及方法。

背景技術

隨著半導體微電子技術的發展，伴隨產生的各種微納加工技術成為了現代科學技術的重要研究內容，在微機電系統、微光子學器件、精密特殊儀器、信息技術、生物醫學等領域有著廣泛的應用。

近年來，隨著激光技術的發展，利用飛秒激光作為光源的雙光子吸收技術被引入微納加工領域。該技術是利用較長波長的飛秒激光作為光源，通過聚焦物鏡將激光光束聚焦在待加工的光敏材料上，在焦點處光敏材料通過雙光子吸收作用發生聚合反應，而在光路上其他地方由于激光強度較低，不發生雙光子吸收，同時由于激光的能量較低，相應的單光子吸收過程也不能發生，因此雙光子聚合作用只局限在焦點處。當激光焦點在光敏材料內部移動時，光敏材料沿焦點軌跡發生固化，未固化的光敏材料被有機溶劑除去，從而可以實現對光敏材料的微納加工。

根據上述飛秒激光雙光子聚合微納加工的原理，利用該項技術在制作任意復雜的三維微納結構方面具有其特有的優勢。這是由于一方面，光敏材料發生雙光子吸收具有閥值效應，發生效率與光強度的平方成正比；另一方面，入射激光只有在焦點處局部區域的光強滿足材料發生雙光子吸收的閥值，光敏材料相對于光束其他位置透明，不發生吸收，因此可以在光敏材料內部任意位置實現定點聚合，使飛秒激光雙光子聚合微納加工過程具有嚴格的空間定位能力，從而可以制作任意復雜的三維微納結構。

早期采用飛秒激光雙光子聚合進行微納加工是通過在光敏材料內部逐點發生雙光子聚合來形成三維微納結構，因此，加工一個三維微納器件需要大量的點聚合過程，時間較長，加工效率低，且工藝流量遠遠不能滿足工業生產需求，從而限制其在微納加工領域的進一步應用。為解決上述問題，各國研究人員提出多焦點并行加工的方法，實現了同時并行加工上百個微納結構，使加工效率得到一定程度的提高。同時，國內研究人員也在多焦點并行加工技術方面做了很多研究，例如提出了通過多光束組合與控制將零部件加工制備與組裝一次完成的方法，解決了微尺度組裝難題。

然而，上述的多焦點并行加工方法比較適用于批量生產具有周期結構的微納器件，而對于批量生產任意復雜的三維微納器件仍然有很高難度。在加工過程中每束光的焦點仍需按照預先設計的軌跡逐點運動，通常飛秒激光焦點與光敏材料的相對位移是通過控制位移臺的運動來實現的，而位移臺慣性較大，響應時間較長，因此，現有的多焦點并行加工的方法對制作任意復雜的三維微納器件的加工效率提高有限，且在三維方向上均需要高精度的機械定位能力，增加了加工難度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種飛秒激光雙光子聚合微納加工系統及方法，以解決以上背景技術部分提出的技術問題。

第一方面，本發明提供了一種飛秒激光雙光子聚合微納加工系統，所述系統包括：

飛秒激光器，用于產生飛秒激光；

外光路調制單元，用于對所述飛秒激光進行調制；

取像裝置，用于對三維微納器件的截面圖形逐層進行取像，以使調制后的飛秒激光形成按照所述各層截面圖形排列的并行光束；

聚焦透鏡，用于將按照所述各層截面圖形排列的并行光束聚焦在光敏材料內，形成由多個焦點組成的平面圖像，各焦點處光敏材料發生固化，以實現所述三維微納器件的每層截面結構一次投影成形；

位移臺，用于對放置在其上的所述光敏材料的位置進行微動調節；

計算機，用于對所述位移臺和所述取像裝置進行控制；

監控裝置，用于對所述光敏材料的微納加工過程進行實時監控。

第二方面，本發明還提供了一種飛秒激光雙光子聚合微納加工方法，采用上述第一方面所述的飛秒激光雙光子聚合微納加工系統來執行，所述方法用于對光敏材料進行逐層微納加工，并通過監控裝置對所述光敏材料的逐層微納加工過程進行實時監控，所述方法包括：

打開飛秒激光器，產生飛秒激光；