[发明专利]一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统和制备方法

权利要求书

1.一种光纤端超透镜的制备系统，其特征在于，包括打印装置、光学成像装置和控制器；所述的光学成像装置用于获取打印时的成像信息，所述的控制器连接打印装置和光学成像装置；

所述的打印装置包括第一飞秒激光源（1）、第一二向色镜（2）、第一物镜（5）、第一压电位移平台（4）和单模光纤支撑架；

所述的第一物镜（5）安装在第一压电位移平台（4）上，通过第一压电位移平台实现第一物镜（5）的移动和转动；所述的单模光纤支撑架固定在第一物镜（5）的正上方，第一二向色镜（2）固定在第一物镜（5）的正下方，所述的第一飞秒激光源（1）发射的飞秒激光束经第一二向色镜（2）反射后进入第一物镜（5）中；

所述的光学成像装置包括可见光源（8）和第一CCD相机（12），所述的可见光源（8）固定在单模光纤支撑架的一侧；由所述的可见光源（8）发射的可见光束对待打印的位置进行照明，反射回的光透过第一物镜后垂直穿过第一二向色镜（2），被第一CCD相机（12）接收并成像；

制备光纤端超透镜的步骤为：

1）将单模光纤（7）垂直固定在单模光纤支撑架上，使单模光纤（7）位于第一压电位移平台（4）的正上方，在单模光纤（7）下端的纤芯位置滴加光敏树脂，所述的光敏树脂包裹住单模光纤的下端；

2）开启所述的制备系统，将预设形状的超透镜文件导入控制器，开启可见光源（8），由所述的可见光源（8）发射的可见光束对待打印的位置进行照明，由第一物镜（5）收集可见光束，再透过第一二向色镜（2）后在第一CCD相机（12）中成像，通过CCD相机实时监测打印过程；

3）开启第一飞秒激光源（1），由第一飞秒激光源发射的飞秒激光束经第一二向色镜（2）反射后入射至第一物镜（5），通过控制器调整第一压电位移平台来改变从第一物镜中射出的飞秒激光的聚焦位置，所述的聚焦位置为在单模光纤（7）端部待打印点的位置，当单模光纤端部的光敏树脂经一定强度的多光子飞秒激光照射后发生聚合，打印成型；

4）取下单模光纤（7），将固定在单模光纤一端的超透镜浸入显影液中清洗，去除未聚合的光敏树脂，得到具有端面超透镜的单模光纤。

2.根据权利要求1所述的光纤端超透镜的制备系统，其特征在于，在所述的第一CCD相机（12）和第一二向色镜（2）之间的光路上还设有扩束器。

3.一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统，其特征在于，包括激光装置、笔光刻平台和光学成像装置；所述的光学成像装置用于获取笔光刻平台中的光刻成像信息；

所述的激光装置包括第二飞秒激光源（13）、声光控制器（15）和第二物镜（19）；所述的第二飞秒激光源（13）由声光控制器来控制启闭，其发射出的飞秒激光束经过第一光学路径入射至第二物镜（19）中；

所述的笔光刻平台包括由权利要求1制备得到的具有端面超透镜的单模光纤（20）、以及打印基板（21）、第二压电控制平台；所述的打印基板（21）安装在第二压电控制平台上，能够实现打印基板在三维空间的移动；所述的单模光纤（20）的超透镜端与第二物镜（19）的输出端连接，单模光纤（20）的另一端位于打印基板（21）的上方。

4.根据权利要求3所述的基于光纤端超透镜的笔光刻系统，其特征在于，所述的第二压电控制平台包括平面压电控制平台和垂直压电控制平台。

5.根据权利要求3所述的基于光纤端超透镜的笔光刻系统，其特征在于，在所述的第一光学路径上布置有扩束器、衰减器和若干全反射镜，用于将第二飞秒激光束准直、聚焦并传输至第二物镜中。

6.根据权利要求3所述的基于光纤端超透镜的笔光刻系统，其特征在于，所述的光学成像装置包括第三物镜（23）、第二CCD相机（22）和可见光源；由可见光源发出的可见光束照亮打印基板（21），光束经第二光学路径传输至第二CCD相机成像。

7.根据权利要求6所述的基于光纤端超透镜的笔光刻系统，其特征在于，所述的第二光学路径上布置有全反射镜和扩束器，用于将第三物镜输出的光束传输至第二CCD相机中。

8.一种基于权利要求3所述的笔光刻系统的光刻方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在基板（21）上旋涂光敏材料并固定，将设计好的二维或三维结构模型导入控制器；通过控制器控制光学成像装置和第二压电控制平台，由光学成像装置中的可见光源照亮基板（21），光束经第二光学路径传输至第二CCD相机成像，通过成像信息调整光敏材料和基板（21）界面的聚焦位置；

2）开启第二飞秒激光源（13），发射出的飞秒激光束依次经过第一光学路径、第二物镜（19）后从单模光纤（20）的超透镜端耦合至单模光纤内，再从单模光纤的另一端射出，聚焦在基板上的待光刻位置点；

3）调整第二飞秒激光源的输出功率，生成具有特定尺寸的光斑，当聚焦点的光强度高于阈值时，光敏材料发生聚合；根据设计好的二维或三维结构模型通过第二压电控制平台不断调整光斑聚焦点，直至光刻结束；

4）将预制的三维结构浸没在显影剂溶液中，去除未聚合的光敏树脂。