[发明专利]一种玻璃毛细管中加工微结构的变形矫正方法

说明书

本发明涉及一种玻璃毛细管中加工微结构的变形矫正方法：(1)设计待制备的微结构的形状和尺寸；(2)通过仿真软件对设计的微结构进行实际建模并仿真；(3)相应的补偿变化，根据变形趋势将待制备的微结构中沿毛细管径向方向的线条进行相应的补偿变化，得出矫正后的线条尺寸并将其代入待制备的微结构中；(4)打开飞秒激光器，将飞秒激光器锁模后导入到微加工工作台中，进行对焦；(5)完成对焦后，进行光刻。本发明能矫正毛细管中制备微结构视场上所发生的变形现象，矫正了在毛细管加工微结构视场上产生的变形误差，矫正方法简单有效，易操作，实现了在玻璃毛细管中精确地制备各种所需的微结构，扩大了毛细管的应用领域。

技术领域

本发明涉及微结构加工领域，尤其涉及一种玻璃毛细管中加工微结构的变形矫正方法。

背景技术

飞秒激光的产生使人类实现了在实验室条件下获得超短脉冲，相比于长脉冲激光，飞秒激光具有的阈值效应明显、热影响区极小、重铸层极小、可控性高等优点，使其在微细加工中占有极其重要的地位。随着毛细管电泳与质谱、激光诱导荧光检测等联用技术的飞速发展，玻璃毛细管在生命科学、环境保护、食品检测等领域得到广泛应用。普通的玻璃毛细管一般内部中空且内壁光滑，因而限制了其在特殊领域的使用。因此，某些情况下需要在玻璃毛细内部设置阵列图案来研究其光学特性，以及用物理或化学方法对毛细管内壁进行涂层改性来改善毛细管的电泳特性等等，这些应用都需要在玻璃毛细管内壁不同位置制备具有特定分布的微结构。

然而，在玻璃毛细管中制备微结构过程中，由于毛细管曲面管壁以及光刻胶对飞秒激光光束造成的影响，同时还包括光刻胶自身特性的影响，当在内径较小的毛细管中制作体积较大的微结构时会出现变形现象，在视场上，无论是通过CCD还是显微镜，都可以看到飞秒激光沿毛细管径向经曲面折射呈一个横向放大，沿毛细管径向光刻刻痕被拉长。因此在玻璃毛细管内光刻微结构亟需一种可以矫正光刻过程中视场上微结构出现的变形的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种操作简单且矫正精度高的玻璃毛细管中加工微结构的变形矫正方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种玻璃毛细管中加工微结构的变形矫正方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)打开微加工工作台，设计待制备的微结构的形状和尺寸并保存至结构库中；

(2)通过仿真软件对上述设计的微结构进行实际建模并仿真，同时仿真出飞秒激光光束聚焦位置以及微结构的尺寸；

(3)将步骤(2)中测得的仿真微结构的尺寸与待制备的微结构进行比较，拟合出微结构沿毛细管径向的变形趋势，根据该变形趋势将待制备的微结构中沿毛细管径向方向的线条进行相应的补偿变化，得出矫正后的线条尺寸，将经矫正后的线条尺寸代入待制备的微结构中；

(4)打开飞秒激光器，将飞秒激光器锁模后导入到微加工工作台中，将内部注满光刻胶的玻璃毛细管横向固定于微加工工作台的三维移动平台上并进行对焦；

(5)完成对焦后，提取控制软件设计并保存矫正好的微结构，用飞秒激光器对该微结构进行光刻。

作为优选，所述步骤(2)中的实际建模和仿真具体包括以下步骤：根据所述毛细管的实际尺寸、上述微结构的实际尺寸及飞秒激光器发射的飞秒激光双光子光束参数，利用上述仿真软件的几何光学模块依据光束入射球形截面进行实际建模并仿真。

作为优选，所述步骤(4)的对焦包括以下过程：控制三维移动平台水平移动而调节玻璃毛细管的高度和位置，并通过正上方的CCD摄像机观察直到发现明暗突变的边界位置，将玻璃毛细管往延伸较深的方向水平移动，直至发现另一明暗突变的边界，取该水平移动的距离的一半，使玻璃毛细管从另一明暗边界处往中间水平移动，此时飞秒激光的焦点落在玻璃毛细管的水平宽度的正中心位置；移动三维移动平台调节玻璃毛细管的高度，使玻璃毛细管升高或降低，运行软件进行光刻，使光刻刻痕刚好出现在毛细管内径的上表面，完成对焦。