[发明专利]一种基于连续激光的三维微结构刻写系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于连续激光的三维微结构刻写系统及方法，系统包括：连续激光器，用于发出激光；声光调制器，用于调节激光的功率；物镜，用于对声光调制器调节功率后的激光进行会聚，得到聚焦光束，聚焦光束的功率密度大于双光子吸收的阈值功率密度；光敏材料，用于在聚焦光束的作用下发生双光子聚合而固化，实现双光子聚合直写；三维纳米位移平台，用于承载光敏材料，并控制光敏材料在三维方向移动，以通过对光敏材料的逐层双光子聚合直写实现对光敏材料的三维微结构刻写。本发明实施例采用低成本的连续激光器作为刻写光源，并通过声光调制器调节刻写光源的功率，实现了基于连续激光器的三维微结构刻写，节省了成本。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，更具体地，涉及一种基于连续激光的三维微结构刻写系统及方法。

背景技术

双光子聚合激光直写技术是一种将激光束会聚成极小的光点然后对光敏材料进行曝光，直接生成微纳结构的技术，其基本原理是双光子吸收效应和双光子聚合效应。双光子吸收效应是一种非线性效应，具有极强的阈值选择性，可以“直接写得”突破光学衍射极限的三维结构。由于双光子吸收需要强光激励，因此常常采用近红外波长的昂贵的飞秒激光器作为刻写光源。

综上，现有三维微结构刻写需要飞秒激光器作为刻写光源实现强光激励，成本较高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决三维微结构刻写需要采用飞秒激光器以实现强光激励，成本较高的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于连续激光的三维微结构刻写系统，该系统包括：连续激光器、声光调制器、物镜、三维纳米位移平台以及光敏材料；所述连续激光器，用于发出激光；所述声光调制器，用于调节所述激光的功率；所述物镜，用于对声光调制器调节功率后的激光进行会聚，得到聚焦光束，聚焦光束束腰中心区域的功率密度大于双光子吸收的阈值功率密度；所述光敏材料，用于在所述聚焦光束的作用下发生双光子聚合而固化，实现双光子聚合直写，所述激光的波长不在所述光敏材料的吸收波长范围内，所述激光的半波长在所述光敏材料的吸收波长范围内，所述双光子吸收的阈值功率密度根据所述光敏材料确定；所述三维纳米位移平台，用于承载所述光敏材料，并控制所述光敏材料在三维方向移动，以通过对所述光敏材料的逐层双光子聚合直写实现对所述光敏材料的三维微结构刻写。

本发明实施例相对于普通双光子聚合激光直写采用近红外波长的昂贵的飞秒激光器，本发明采用低成本的连续激光器作为刻写光源，并通过声光调制器调节连续激光器发出的刻写激光光源的功率，使得聚焦光束的功率密度大于双光子吸收的阈值功率密度，实现了基于连续激光器的三维微结构刻写，大大节省了成本。

在一个可选的实施例中，该系统还包括：两个压缩光束凸透镜，用于对所述连续激光器发出的激光进行光束压缩，并将光束压缩后的激光射入所述声光调制器。

具体地，光束在射入声光调制器前，使用两个凸透镜压缩激光光束使得声光调制器可以达到更高的衍射效率，从而保证聚焦光束能量达到足够大，以使聚焦光束束腰中心区域的功率密度足够大使得光敏材料与聚焦光束束腰中心区域作用部分可以进行双光子聚合直写。

在一个可选的实施例中，该系统还包括：两个扩束凸透镜，用于对声光调制器调节功率后的激光扩束，并将扩束后的激光射入物镜。

具体地，在激光光束在射入聚焦空间物镜前，经过两个凸透镜扩束，由高斯光束的聚焦特性可知，这样可以使得物镜能够获得更小直径的聚焦光束，以使得聚焦光束束腰中心区域的功率密度更大。

在一个可选的实施例中，三维纳米位移平台控制所述光敏材料在三维方向移动到聚焦光束的束腰中心区域所在位置，以实现对待进行双光子聚合直写区域的双光子聚合直写。