双光子加工
双光子聚合激光直写
双光子聚合激光直写
双光子聚合激光直写是一种高分辨率三维纳米加工技术，它利用激光聚焦的原理，通过控制激光的光强和聚焦位置，使光子在聚焦点处产生非线性吸收，从而实现高分辨率的三维纳米加工。
一、双光子聚合激光直写的原理
双光子聚合激光直写利用的是双光子吸收效应，即两个光子同时被吸收，使得分子或原子处于激发态，从而引起化学反应。
在聚焦点处，激光的光强足够高，可以使得两个光子同时被吸收，从而实现纳米加工。
二、双光子聚合激光直写的应用
双光子聚合激光直写技术在生物医学、纳米材料、光电子学等领域都有广泛的应用。
在生物医学领域，可以用于制造三维生物芯片、仿生材料等；在纳米材料领域，可以用于制造纳米结构、纳米器件等；在光电子学领域，可以用于制造光学器件、光电子芯片等。
三、双光子聚合激光直写的优势
与传统的纳米加工技术相比，双光子聚合激光直写具有以下优势：
1. 高分辨率：双光子聚合激光直写可以实现亚微米级别的加工精度，比传统的纳米加工技术更加精细。
2. 三维加工：双光子聚合激光直写可以实现三维加工，可以制造出具有复杂形状的纳米结构。
3. 非接触式加工：双光子聚合激光直写是一种非接触式加工技术，可以避免加工过程中的机械损伤。
4. 可控性强：双光子聚合激光直写可以通过控制激光的光强和聚焦位置来实现加工的精度和形状，具有很强的可控性。
综上所述，双光子聚合激光直写是一种具有广泛应用前景的高分辨率三维纳米加工技术，具有高分辨率、三维加工、非接触式加工和可控性强等优势。
双光子飞秒激光三维加工的工艺流程
双光子飞秒激光三维加工的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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双光子聚合光刻技术
双光子聚合光刻技术1. 原理和工作方式：双光子聚合光刻技术利用了非线性光学效应，通过在聚合物材料中聚焦两束具有高能量密度的激光光束，实现了纳米尺度的光刻。
这两束激光光束的光子能量不足以分解聚合物，但当它们同时聚焦在一个极小的区域内时，它们的能量叠加，使得该区域内的聚合物发生光化学反应，形成固化的结构。
2. 优势和特点：双光子聚合光刻技术相比传统的单光子光刻技术具有以下优势和特点：高分辨率，双光子聚合光刻技术可以实现亚微米甚至纳米级的分辨率，使得制造出的微纳结构更加精细。
三维加工，由于双光子聚合光刻技术可以在聚合物体积内部进行光刻，因此可以实现复杂的三维结构，如微型光学元件、微流体芯片等。
无需光掩膜，传统的单光子光刻技术需要使用光掩膜进行图案转移，而双光子聚合光刻技术可以直接通过计算机控制激光束的位置和强度来实现图案的制造，无需光掩膜，降低了制造成本和制造周期。
材料适应性广，双光子聚合光刻技术适用于多种聚合物材料，包括有机聚合物、无机-有机杂化材料等，具有较高的材料适应性。
3. 应用领域：双光子聚合光刻技术在多个领域有广泛的应用，包括但不限于：微纳光学器件制造，双光子聚合光刻技术可用于制造微透镜阵列、微透镜、光波导等微纳光学器件。
微流控芯片制造，双光子聚合光刻技术可用于制造微流控芯片中的微通道、微反应器等结构，实现微流体控制和生物分析。
生物医学应用，双光子聚合光刻技术可以制造微纳米结构的生物芯片、组织工程支架等，用于细胞培养、组织修复和生物传感等领域。
纳米光子学研究，双光子聚合光刻技术可以制造纳米级别的光子晶体、光子带隙材料等，用于研究光子学性质和纳米光子学器件。
总结起来，双光子聚合光刻技术是一种高分辨率、三维加工能力强的纳米加工技术，具有广泛的应用前景。
它在微纳光学器件制造、微流控芯片制造、生物医学应用和纳米光子学研究等领域发挥着重要作用。
双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构
双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【摘要】利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构.采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15 min时,所得到的镀层厚度约为130 nm.对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测定,实验结果表明,当电镀时间为35 min时得到的镀层电阻率约为80×10-9 Ω·m,仅为银块体材料电阻率16×10-9 Ω·m的5倍.利用这种方法,我们制备了总长度为28.75 μm、周期为2.93 μm的悬空金属弹簧结构,其中弹簧圈数为9圈,直径为6 μm,弹簧线分辨率为1.17 μm.文中所述的将双光子微纳加工技术与化学镀技术相结合的方法可以实现任意三维微金属结构与器件的制备,在微光学器件、微机电系统(MEMS)及微传感器等领域有着广泛的应用前景.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】8页(P542-549)【关键词】双光子微纳加工技术;化学镀;三维金属微纳米结构【作者】贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714【正文语种】中文金属微纳结构具有表面等离子体共振［1］等新颖的物理效应，在微纳米技术的研究中占据重要的地位。
它们在光学器件、纳米电路、化学生物传感器、医疗检测诊断及生物成像等方面有巨大应用价值。
目前常用的微纳加工技术有光学曝光技术［2］、电子束曝光技术［3］、聚焦离子束曝光技术［4］以及纳米压印技术［5］等。
双光子光刻技术原理
双光子光刻技术原理
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《双光子光刻技术原理》
一、什么是双光子光刻？
双光子光刻（Two-Photon Absorption Lithography，TPAL）是
一种新型的微纳米结构制造技术，它具有非常高的分辨率，可以在空间上实现三维结构的精细制作，在技术上具有先进性和实用性，因此成为未来生物医学研究和技术发展中非常重要的一环。
二、双光子光刻的原理
双光子光刻原理是指在特定材料上，使用双光子共振效应同时吸收两个光子，形成高能量离子的过程。
当这两个光子同时吸收时，物质中的电子会受到足够的耦合效应，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成空间分辨率极高的微纳米结构。
具体地说，双光子光刻的工作原理是，先将一定能量的双光子束照射到特定材料上，如高分子材料。
当双光子束照射到特定材料上时，材料的电子会受到共振效应，这时会同时吸收两个光子，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成微纳米结构。
三、双光子光刻的应用
双光子光刻是一种非常先进的制造技术，它具有高分辨率、低热量和低污染等特点，因此可以应用于电子器件、生物医学、纳米技术和微纳米工程等领域。
例如，它可以用来制造微型机械设备、微型电子元件和微电路；也可以用来制造生物传感器、生物显微镜、生物过
滤器等。
另外，由于双光子光刻的分辨率高，它还可以用来制造纳米结构，如纳米晶体、纳米管和纳米探针等。
双光子技术的原理和应用
双光子技术的原理和应用1. 引言双光子技术是一种基于光学的非线性效应的技术，它利用两束光子的相互作用实现特定的功能。
本文将介绍双光子技术的基本原理，并探讨其在不同领域的应用。
2. 双光子技术的原理双光子技术的原理基于非线性光学效应，其中最重要的效应是双光子吸收效应。
双光子吸收是指两束光子同时与物质相互作用，能量被共享，从而引起非线性光学效应。
2.1 双光子吸收过程双光子吸收是比单光子吸收更复杂的过程。
在双光子吸收过程中，两束光子的能量相互作用，从而引发光子能量的共振吸收。
这种过程需要满足一定的条件，包括光子的频率、能量和激发态的能级结构等。
2.2 双光子激发的原理双光子激发是双光子吸收过程的直接结果。
通过双光子激发，可以改变物质的能级结构和电子态。
双光子激发过程的强度和能量可以通过调节光子的频率和强度来控制。
3. 双光子技术的应用领域双光子技术在多个领域有着广泛的应用。
以下列举了几个典型的应用领域：3.1 生物医学领域双光子显微镜是生物医学领域中最常见的应用之一。
它可以通过双光子吸收效应实现高分辨率、无损伤的活体显微成像。
双光子显微镜在细胞和组织的研究中发挥着重要作用，为生物学家和医学研究人员提供了独特的观察手段。
3.2 光子计算机双光子技术在量子计算领域也有着重要的应用。
双光子操控和激励的特性使其成为实现光子计算机的重要组成部分。
光子计算机具有高速、高效的特点，与传统的电子计算机相比具有巨大的优势。
3.3 光通信系统双光子技术在光通信领域中也有广泛的应用。
双光子激光器和调制器可以提供更高的传输速率和更低的损耗。
双光子技术不仅可以提高光纤通信的性能，还可以实现更大容量的光通信系统。
3.4 材料科学双光子技术在材料科学领域中也发挥着重要的作用。
通过双光子吸收效应，可以实现材料的特定激发和光学性能调控。
这在材料制备、光电器件等方面有重要的应用价值。
4. 结论由于其特殊的原理和广泛的应用领域，双光子技术在当今科学领域中越来越受到关注。
双光子技术的原理及应用
双光子技术的原理及应用前言双光子技术是一种基于量子力学原理的新型光学技术，它利用低能量、超快速的激光脉冲产生的双光子效应，实现了很多传统光学方法所无法实现的功能。
本文将介绍双光子技术的原理以及其在各个领域的应用。
原理双光子技术的原理基于量子力学的超快速过程，主要包括以下几个方面：1.双光子吸收：双光子吸收是指两个光子几乎同时被一个激发态的原子或分子吸收。
在传统的光学中，光子与物质的相互作用是单光子吸收，而双光子吸收则是两个光子几乎同时被物质吸收。
这种过程需要满足一定的能量和动量守恒关系。
2.被激辐射的双光子发射：双光子激发还可以引起双光子的辐射，这在传统的光学中是不可能实现的。
双光子辐射是指一个激发态的原子或分子在光子碰撞下同时发射两个光子。
3.非线性光学效应：双光子技术利用了非线性光学效应，而传统光学则是基于线性光学理论。
非线性光学效应是指光与物质相互作用时，光的输出与输入之间不是简单的比例关系。
通过调整光的强度、频率和相位等参数，可以实现一系列非线性效应，如频率倍增、非线性折射和光学相位共轭等。
应用双光子技术在各个领域都有广泛的应用，下面将分别介绍几个典型的应用场景。
生物医学1.双光子显微镜：双光子显微镜是一种高分辨率、无损伤的生物成像技术。
它利用双光子吸收效应，通过调控激光脉冲的强度和频率，可以实现对生物样品的深层次显微观察，对活体细胞、组织甚至整个小动物的三维结构和功能进行研究。
2.光合成研究：双光子技术可以应用于光合成研究中。
通过双光子激发，可以提供足够的能量给叶绿素分子，激发出叶绿素的激发态，从而研究光合作用的机制和动力学过程。
材料科学1.量子点材料：双光子技术可以用于研究和制备量子点材料。
通过调控激光脉冲的参数，可以实现对量子点的精确定位和操控，进而研究其光电性能和应用。
2.光学器件加工：双光子技术可以实现高分辨率的光学器件加工。
利用双光子吸收效应，可以在材料表面产生微细结构，如光子晶体、微透镜和微型通道等，用于光子学、光电子学和光学通信等领域。
双光子激光扫描荧光显微镜及其应用
表 1 几种常见荧光分子的单光子 、双光子 和三光子的吸收截面 3 [5 ]
荧光分子
δ1 (λ/ nm) / 10 - 16cm2
ηδ2 (700nm)
/ 10 - 50cm4·s / 光子
ηδ3 (700nm) / 10 - 83cm6·s2/ 光子2
DAPI free
113 (345nm)
Dansy1
TWO PHOTON LASER SCANNING FL UORESCENCE MICROSCOPY AND ITS APPL ICATIONS
CHEN De2Qiang XIA An2Dong WAN G Ke2Yi HUAN G Wen2Hao
( Depart ment of Precision M achi nery and Inst rument ation , U niversity of Science and Technology of Chi na , Hef ei 230026)
图 1 单 、双光子激发过程示意图
图 2 单 、双光子激发所形成的荧光形貌 (样品为罗丹明 B 的水溶液. 上为单光子激发 ,下为双光子激发)
3 材料的吸收截面 δ
吸收截面 δ是双光子激发现象的重要参数 , 它 的大小反映了分子吸收双光子的本领. 对单光子激 发中的吸收截面 δ已有较为准确的文献记载 , 而对 双光子乃至多光子吸收截面 δ,目前尚缺乏全面 、准 确的记载. 因此 ,对常用的荧光分子多光子吸收截面 δ和光谱的进一步研究 , 将有助于多光子激发共焦 激光扫描荧光显微镜的进一步广泛应用.
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2 双光子激发原理简介
在激光照射下 ,基态荧光分子或原子吸收一个 光子后成为激发态 ,随后又弛豫到某一基态 ,同时以 光子形式释放能量而发出荧光. 这一过程就是通常 的单光子激发情况. 1931 年 ,Maria G ppert - Mayer 预言一个分子或原子可以在同一个量子过程中 ,同 时吸收两个光子而成激发态 ,这种情况就是双光子 激发过程[2 ] . 1961 年 , Kaiser 等在 CaF2 ∶Eu2 + 晶体 中首次观察到了这种双光子激发现象[3 ] . 图 1 简单 地描述了这种双光子激发的过程. 比如在单光子激 发情形 ,NADH 酶在 350nm 的光激发下产生 450nm 的荧光 ,而在双光子激发情形 , NADH 酶则需同时 吸收两个 700nm 的光子才能产生 450nm 的荧光. 这 就是说 ,双光子技术可以使我们无需使用紫外光源
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用《飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用》1. 引言飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术是一种近年来备受关注的前沿技术，它具有精密、高效、无污染等优点，在材料加工、生物医学、光电子学等领域有着广泛的应用前景。
本文将从其原理、技术特点到应用领域进行深入探讨，希望能为读者带来全面、深入的了解。
2. 原理飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术是利用超短飞秒激光脉冲，通过光子倍增效应，实现对材料的高精度加工。
其原理是通过聚焦飞秒激光在材料表面产生高能量密度的离子激发区，进而发生电子云的非线性多光子吸收，最终实现微纳级的加工。
3. 技术特点飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术具有以下几个显著的技术特点：1) 高精度：由于采用飞秒激光，其脉冲时间极短，能够实现几纳秒甚至亚纳秒级别的加工精度；2) 无热损伤：飞秒激光能够在极短的时间内将材料加工，避免了热量传导导致的热损伤，保持了材料的原始性能；3) 无污染：在加工过程中不产生有害废料，对环境友好。
4. 应用领域飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术在各个领域都有着广泛的应用，主要包括但不限于以下几个方面：1) 材料加工：在微电子器件、光学器件、生物医学器件等方面有着重要的应用，能实现微米级别的加工精度；2) 生物医学：该技术能够实现对生物细胞的高精度加工和成像，对生物医学领域的发展有着重要的推动作用；3) 光电子学：在激光雷达、激光通信等领域有着重要的应用前景。
5. 个人观点飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术是一项具有巨大潜力的前沿技术，它将对材料加工、生物医学等领域产生深远的影响。
我个人认为，随着技术的不断突破和发展，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术将会得到更广泛的应用，为人类社会的发展带来更多的可能性。
总结飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术作为一种新型的加工技术，具有诸多优势和应用前景。
通过本文的探讨，相信读者已经对其原理、技术特点和应用领域有了更全面、深入的了解。
双光子纳米光刻技术在微电子领域的应用
双光子纳米光刻技术在微电子领域的应用随着微电子技术的不断发展，人们对于微米级别的尺寸已经不能满足要求。
因此，更高精度、更高分辨率、更小尺寸的微电子元件的研究成为了当前科技领域的热点之一。
而双光子纳米光刻技术，作为一种非接触、无掩模、超高分辨率的微纳加工技术，正逐渐成为微电子领域的研究热点，因为它具有较高的分辨率、较小的尺寸、较低的损伤和较高的良率等优点。
一、双光子纳米光刻技术的原理双光子纳米光刻技术是利用非线性吸收效应，通过在材料中通过激光光束的作用，在光刻材料中产生空洞，从而实现加工的过程。
具体的原理是通过两个不同波长（通常在光学通信窗口800~1500 nm之间）的光束的逐步重合，可以实现在光刻材料中局部产生光子吸收，并在其可以吸收光子的材料内部产生非线性光化学反应，从而实现微米/纳米尺寸的制造。
二、 1. 光学元件传统的光刻技术的分辨率受到波长的限制，而使用双光子纳米光刻技术可以获得更适合光学器件的高分辨率结构和表面形貌。
利用双光子纳米光刻技术，可以制造具有弯曲和三维结构的探头、面向纳米结构的阵列、微型透镜和光栅等元件。
2. 生物传感器双光子纳米光刻技术在微生物反应器、生物芯片、生物传感器等领域也有着广泛的应用。
生物传感器广泛应用于许多领域，如医疗、食品工业、环境等。
然而，由于其高灵敏度和选择性，对于处理生物大分子（例如蛋白质、DNA）的能力大大降低，而且制造成本也较高。
使用双光子纳米光刻技术，可以制造出高度精密的生物分子检测设备。
3. 芯片制造特别是在微芯片制造领域，双光子纳米光刻技术具有突出的优势，在使用传统光刻技术无法实现的微米或纳米级别的芯片结构制造中发挥着重要作用。
而使用双光子纳米光刻技术制造微芯片，能显著提高芯片制造的分辨率和精度，并且具有成本较低、制造速度快等优点。
综上，随着人们对微米级别的尺寸需求不断增强，双光子纳米光刻技术作为一种本质上不同于传统光刻技术的新型微纳加工技术，越来越广泛地应用于微电子领域的许多领域，具有广阔的应用前景。
双光子聚合光刻技术
双光子聚合光刻技术1. 原理和工作原理：双光子聚合光刻技术基于非线性光学效应，利用两个光子的能量共同作用下，使光敏材料发生聚合反应。
在双光子聚合光刻中，使用长波长的激光束（通常是红外激光）和具有较高能量的脉冲激光束。
红外激光束用于提供高能量，而脉冲激光束用于实现高分辨率。
当两束激光同时照射在光敏材料上时，只有在高能量激光束的焦点处，才会发生双光子吸收，导致局部的光敏材料聚合反应。
通过控制激光束的位置和强度，可以在纳米尺度上进行精确的光刻。
2. 优点和特点：双光子聚合光刻技术相比传统的紫外光刻技术具有以下优点和特点：高分辨率，由于双光子吸收只发生在激光束的焦点处，因此可以实现超高分辨率的光刻，达到亚微米甚至纳米级别的精度。
三维加工，双光子聚合光刻不受传统光刻技术的限制，可以在三维空间内进行加工，实现复杂的微纳结构。
适用范围广，双光子聚合光刻可用于各种材料，包括有机材料、无机材料和生物材料等。
高对比度，由于双光子吸收的非线性特性，可以实现高对比度的光刻，提高图案的清晰度和边缘锐利度。
3. 应用领域：双光子聚合光刻技术在微纳加工领域有着广泛的应用，包括但不限于以下领域：光子学器件制造，双光子聚合光刻技术可用于制造光子晶体、光波导器件、微透镜等光子学器件。
生物医学领域，双光子聚合光刻技术可以制造微流控芯片、微针阵列、组织工程支架等用于生物医学研究和临床应用的微纳结构。
纳米加工，双光子聚合光刻技术可用于纳米光子学、纳米电子学和纳米机械学等领域的纳米结构制造。
光子晶体材料研究，双光子聚合光刻技术可用于制备光子晶体材料，研究其光学性质和应用。
总结起来，双光子聚合光刻技术是一种高分辨率、三维加工的微纳加工技术，具有广泛的应用前景。
它在光子学器件制造、生物医学领域、纳米加工和光子晶体材料研究等领域都有重要的应用。
双光子聚合纳米光刻常用材料
双光子聚合纳米光刻常用材料双光子聚合（Two-Photon Polymerization, 2PP）纳米光刻技术是一种基于光敏树脂的快速三维微加工技术。
在本文中，我们将详细介绍双光子聚合纳米光刻的常用材料。
1、光敏树脂光敏树脂是双光子聚合纳米光刻技术的核心材料。
它是一种液态的高分子材料，主要由树脂、单体、交联剂和添加剂组成。
在特定波长的激光照射下，光敏树脂会发生聚合反应，导致材料固化。
光敏树脂应具备对激光的敏感性高、固化速度快、固化深度可调、热稳定性好、化学稳定性好等特点。
常用的光敏树脂包括聚氨酯丙烯酸酯、聚酰亚胺丙烯酸酯等。
2、光引发剂光引发剂是引发光敏树脂固化的关键成分。
它可以在激光照射下产生自由基或离子，从而引发树脂的聚合反应。
根据作用机制，光引发剂可分为阳离子引发剂和自由基引发剂。
阳离子引发剂主要包括芳基磺酰基酮、二芳基碘鎓盐等，它们在紫外激光照射下可以产生阳离子，引发树脂的聚合。
自由基引发剂主要包括樟脑醌、安息香醚等，它们在激光照射下可以产生自由基，引发树脂的聚合。
3、溶剂溶剂主要用于溶解光敏树脂和其他添加剂。
在双光子聚合过程中，溶剂的作用不可忽视。
合适的溶剂应该能够充分溶解光敏树脂和其他添加剂，同时不干扰双光子聚合过程。
常用的溶剂包括环己酮、甲苯、丙酮等。
5、树脂添加剂树脂添加剂主要用于调节光敏树脂的性能。
它们可以改变树脂的粘度、表面张力、热稳定性等性质，以满足不同的加工需求。
常用的树脂添加剂包括热稳定剂、表面张力调节剂、粘度调节剂等。
6、工艺气体在双光子聚合过程中，工艺气体主要起到保护作用，防止氧气对聚合过程的干扰。
常用的工艺气体包括氮气、二氧化碳等。
此外，工艺气体还可以用于调节环境气压和湿度，以保证加工过程的稳定性和准确性。
双光子光聚合反应课件
微纳制造
微纳器件制造
双光子光聚合反应可用于制造高 精度、高稳定性的微纳器件，如 微电子器件、传感器和执行器等 。
微纳光学元件
利用双光子光聚合反应可制造出 具有复杂结构和功能的微纳光学 元件，如光子晶体、微透镜和波 导等。
光固化3D打印
高精度3D打印
双光子光聚合反应可以实现高精度、 高分辨率的3D打印，制造出具有复 杂结构和功能的零件和模型。
材料多样性
目前可用于双光子光聚合反应的材料种类有限， 需要开发更多种类的适用材料。
解决策略
优化反应条件
通过调整反应介质、温度、光 强等参数，实现对聚合过程的
有效控制。
新型催化剂设计
设计新型催化剂以提高双光子 光聚合反应的效率。
拓宽应用领域
研究在不同光源和环境条件下 双光子光聚合反应的适用性， 拓宽其应用领域。
双光子光聚合反应材料
引发剂
01
02
03
引发剂种类
根据聚合反应需要，选择 适当的引发剂，如阳离子 引发剂、自由基引发剂等。
引发剂作用
引发剂在双光子光聚合反 应中起到引发单体活化的 作用，是实现聚合反应的 关键物质。
引发剂浓度
根据聚合反应速率和材料 性能要求，调节引发剂的 浓度，以获得最佳的聚合 效果。
包括反射镜、聚焦镜等 光学元件，用于控制激 光束的传播方在适当的温 度和压力条件下进行。
实验步骤
01
准备样品
02
清洗和干燥
03 激光照射
04
聚合反应
后处理
05
选择适当的单体、光引发剂、添加剂等，按照一定的比例混 合均匀。
确保实验器具干净无污染，将样品放入反应器中。 调整激光器参数，使激光束照射到样品表面，激发双光子聚 合反应。
一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法[发明专利]
![一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/488603c6dd36a32d72758124.png)
专利名称：一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法专利类型：发明专利
发明人：顾忠泽,丁海波,顾洪成,卫孟萧
申请号：CN201910981089.7
申请日：20191016
公开号：CN110597014A
公开日：
20191220
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法，包含以下步骤：(1)向目标器件表面及内部灌注光刻胶；(2)通过激光逐点扫描目标器件及光刻胶部分，同步获取扫描范围内各点的荧光信号；(3)根据平移台扫描范围及相应位置采集的荧光信号，建立三维坐标系来区分目标器件和光刻胶；(4)根据建立的目标器件和光刻胶的荧光图像，确定目标加工区域并实施双光子聚合加工；
(5)将目标器件连光刻胶一起浸入显影液中，去除未聚合的光刻胶，完成加工。
本发明以双光子吸收效应为基础，实现微纳米精度的光学成像和增材制造；针对目标器件和材料，通过同一套扫描控制系统，实现高精度定位和原位加工，提高了装配精度和加工效率。
申请人：东南大学
地址：211102 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
国籍：CN
代理机构：南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：金诗琦
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双光子激光直写与双光子光刻
双光子激光直写与双光子光刻说到“双光子激光直写”这玩意儿，乍一听可能让你觉得自己是不是走进了什么高深莫测的科技黑洞。
别急，咱慢慢聊。
其实说白了，就是用激光在特定的材料上“写”出微小的图案或结构。
是不是听起来挺神奇的？激光啊，双光子啊，简直就是科幻电影里才有的东西！不过，别看它名字那么高大上，原理其实没那么复杂。
简单点来说，它就是用两个光子同时击中一个分子，让这个分子发生化学反应。
它能在微米甚至纳米级别上作业，精准得就像个手术刀，给我们创造出精细的结构，甚至能做出以前做不到的材料和器件。
这个“双光子激光直写”呀，最牛的地方就在于它的精度。
要知道，传统的激光打印或者雕刻，都是通过调整激光的强度和位置来改变材料表面的形态，可它们只能做到某个“范围”内的微细加工。
可是“双光子激光直写”就不一样，它是利用两个光子同时打进一个分子，让它的反应超精准！这种技术就像是给材料上了一层精密的“定位密码”，只要瞄准了目标，几乎没有误差。
说到这里，可能你会想，既然这么牛，它一定很贵吧？嘿嘿，别急，虽然这种技术的门槛看起来有点高，操作起来也需要点技巧，但随着科技的进步，成本也在逐渐下降。
你想，大家都有手机了，谁会想到最早的时候，手机贵得像天价，现在不也成了每个人手里都能轻松拿到的玩意儿了嘛。
双光子激光直写技术的进步也类似，慢慢地，这项技术可能会变得更为普及，甚至普通人也能享受这项“未来科技”带来的便利。
然后，我们再说到“双光子光刻”。
这个东西，其实就跟双光子激光直写差不多，也是利用双光子原理，只不过它专注的是用来制作极为精细的光刻图案。
这种技术听起来可能会让人联想到一些高大上的芯片制造或者微电子技术，其实它的应用场景比这还要广泛！拿日常生活中的一些产品举个例子，咱们手上的智能手机、耳机，甚至某些特殊的眼镜镜片，都可能是用这种技术做出来的。
尤其是在微小器件的制作上，双光子光刻更是大展拳脚，它能够精准地在极小的空间内“刻”出图案，基本上可以做到几乎不留痕迹。
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术，可以说是近年来在微纳加工领域备受关注的一项前沿技术。
它利用飞秒脉冲激光器产生的极短脉冲（飞秒级别）以及双光子吸收效应，实现对材料的高精度加工，具有极大的应用潜力和研究价值。
一、飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的原理及特点：1.飞秒脉冲激光的特点飞秒脉冲激光，顾名思义，就是脉冲宽度在飞秒量级的激光。
由于其脉冲宽度极短，因此在时间上可以看做是一种瞬态加热。
这样的特点使得其在材料加工中可以减少热影响区，实现高精度加工，避免了传统激光加工中的热损伤和机械应力。
2.双光子吸收效应双光子吸收效应是指当两个低能量光子同时作用于原子或分子时，其总能量足以使原子或分子从基态跃迁至激发态。
这种效应在飞秒脉冲激光加工中起到了至关重要的作用，因为它可以实现对绝大多数材料的高效加工，同时避免了传统激光加工中常见的光学非线性效应和热扩散效应。
3.微纳加工的实现飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术通过控制激光脉冲参数以及材料的光学性质，可以实现对微纳米结构的精确加工。
这包括了微孔加工、微凸点加工、微纳米结构的拓扑形貌调控等，为微纳电子学、集成光电子学、微纳光学等领域的发展提供了新的可能性。
二、飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术在各领域的应用：1.微纳电子学在微纳电子学领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以实现对电子器件的微纳米加工，包括微通道、微电极、微结构的制备，为电子器件的制备提供了新的技术手段。
2.生物医学领域在生物医学领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以用于细胞外基质的微纳米结构加工，包括细胞外基质模拟体的制备、生物传感器的制备等，为生物医学研究和临床诊断提供了新的途径。
3.光学通信在光学通信领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以用于光波导器件的微纳米加工，包括光波导的界面平整化、光波导的微孔加工等，为光学通信器件的制备提供了新的技术支持。
三、个人观点及总结回顾：飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的出现，不仅为微纳加工领域带来了新的技术突破，也为微纳器件的制备和应用提供了新的可能性。
飞秒激光双光子聚合方法加工图案化微透镜及其成像测试
第28卷第12期2020年12月光学精密工程Optics and Precision EngineeringVol.28No.12Dec.2020文章编号1004-924X(2020)12-2629-07飞秒激光双光子聚合方法加工图案化微透镜及其成像测试苏亚辉1>2'3*,秦天天】，许兵4，吴东4(1.安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601；2.安徽大学电子信息工程学院，安徽合肥230601；3.信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽合肥230601；4.中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230022)摘要：为改善以往图案化透镜加工工艺复杂、制造技术昂贵、图案设计方面有限制等缺点，本文将飞秒激光双光子聚合加工技术应用于图案化微透镜的快速、高精度加工。
通过球面波因子的变形设计了不同图案的微透镜，利用飞秒激光双光子聚合加工技术在光刻胶样品中加工出图案化的微透镜，然后将光刻胶样品置于显影液中去除未聚合部分，得到图案化微透镜，最后对图案化微透镜进行成像测试和光强均一化分析。
将LED光源分别置于不同图案微透镜的下方，光线透过图案化微透镜成功聚焦出光强一致的焦点图案。
实验结果表明，使用飞秒激光双光子聚合加工可以实现灵活可控的3D图案化微透镜结构的加工，采用加工功率为7mW，曝光时间为2ms，扫描xy步距为0.5pm，步距为0.8〜1.5卩m,不仅保证了微透镜结构表面光滑，而且实现了微透镜的快速加工。
该技术在加工光学超材料、光学微器件、集成光学器件等方面具有广阔的应用前景。
关键词：激光加工；飞秒激光；双光子聚合；微透镜；光刻胶中图分类号:TN249文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20202812.2629Patterned microlens processed using two-photon polymerization of femtosecond laser and its imaging testSU Ya-hui1,2,3*,QIN Tian-tian1,XU Bing4,WU Dong4(1.School of E lectrical Engineering a^id Automation，Anhui Uni r v ersity，Hefei230601，China；2.School of E lectronic Information Engineering，Anhui University，Hefei230601，China；3.AnhuiProvincialLaboratory of InformationMaterialsandlntelligentPerception，Hefei230601，China；4.Department of P recision Machinery and Precision Instrumientation，University of Science and Technology of China，Hefei230022，China)*Corresponding author，E-mail：u stcsyh@Abstract：Two-photon polymerization technology for use in a femtosecond laser was used in the rapid and high-precision processing of a patterned microlens to improve the previous shortcomings，including a com-收稿日期:2020-09-01；修订日期：2020-09-28.基金项目：安徽省高等教育学校自然科学基金重点项目(No.KJ2018A014)；中国博士后科学基金会资助项目(No.2019M662190)；中央高校基础研究经费资助项目(No.WK2090000016)2630光学精密工程第28卷plex processing technology,expensive manufacturing technology,and limited pattern design.First,threedimensional software was used to design the microlens pattern through the deformation of the spherical wave factor,and the two-photon polymerization processing technology for a femtosecond laser was used to process the patterned microlens in the photoresist sample.The sample was then placed in a developer to remove the unprocessed area and obtain the corresponding patterned microlens.Finally,an imaging test and a light intensity homogenization analysis of the patterned microlens were carried out.An LED light source was placed below the patterned microlens,and the light was successfully focused through the patterned microlens to obtain the corresponding patterns with the same light intensity.The experiment shows that the two-photon polymerization of a femtosecond laser can realize the flexible and controllable processing of a 3D microlens structure,a processing power of7mW,an exposure time of2ms,a scanning xy-step of0.5 pm,and a z-step of 0.8-1.5pm,ensuring the smooth surface of the microlens structure and realizing a rapid microlens processing.The two-photon polymerization technology for a femtosecond laser will play an important role in the processing field such as optical metamaterials，optical microdevices，and integrated optical devices.Key words:laser fabrication；femtosecond laser；two-photon polymerization；microlens；photoresist1引言光学器件的小型化、集成化是现代光学系统发展的重要趋势［11o近几十年来，作为一种重要的微光学器件，微透镜由于其体积小、质量轻、光学性能优异等优点在微成像［21、光束整形［31、人工复眼［41等方面的应用十分广泛。
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为何能突破衍射极限
• 光强依赖性 • 双光子聚合明显的阈值性 • 聚焦后的激光强度在空间上呈高斯或类高
斯分布
双光子聚合加工系统
双光子聚合加工的应用
加工系统：锁模钛宝石飞秒振荡器,脉宽150fs,中心波长780nm,重复频 率76MHz. 激光由一个数值孔径NA = 1. 4 的物镜聚焦. 实验所用的树脂 (型号为SCR500,由日本的JSR公司生产),该树脂对近红外波长是透明的, 允许钛宝石激光入射到树脂深处 纳米牛尺度：长10μm,高7μm，最细微部分的尺寸为120nm，是目前世 界上人工制作的最小动物模型。它的大小和人体红血球差不多
飞秒激光微纳加工的类型
激光烧蚀( ablation) 微加工
激光烧蚀利用了飞秒激光高强度和短脉冲的特点,它具有比长脉冲激 光(如调Q的Nd: YAG激光)优秀得多的加工效果
双光子聚合( two photopoly2 merization)加工
双光子聚合制备三维微纳结构是飞秒激光微纳加工中最独特也是最 具有应用前景的一种方法,它的原理是利用光与物质相互作用的非线 性双光子聚合作用获得远小于衍射极限的加工尺寸
运用FIB 的溅射与沉积功能，可以将某一处的连 线断开，或将某处原来不相接的部分连接起来
FIB 修改过的集成电路
FIB 的应用
• 光刻掩模板缺陷的修复
两大类掩模缺陷：遮光缺陷与透光缺陷
光学掩模缺陷修补前后比较
FIB 的应用
• 制作透射电镜样品
无论透射电镜（TEM） 还是扫描透射电镜（STEM）都需要制作非 常薄的样品，以便电子能够穿透样品，形成电子衍射图像。传统 的制作TEM样品的方法是机械切片研磨，用这种方法只能制作大 面积样品。采用FIB则可以对样品的某一局部“切片” 观察
掺杂sp iropyran分子的聚甲基丙烯酸甲酯 ( PM2MA) 是一种光反应变色材料， 通过双光子 吸收过程在样品中产生折射率的改变，从而实现 高质量的微结构。
光反应变色材料的最大特点在于其光学可逆性， 利用光学辐照，可以使反应后的产物重新恢复到 反应前的状态，所以这种材料在可擦写光学信息 存储、波导写入等领域具有巨大的应用潜力
飞秒激光微纳加工
双光子聚合加工
• 双光子吸收采用具有超短和超强特性的飞秒激光 作为光源
• 具有两方面的新颖特性:
①双光子吸收是长波吸收短波发射的过程,激发光对介质 穿透率高,可有效地减少介质对激发光吸收等过程的耗 散和破坏,并能用可见光或近红外光来激励那些原本需 要远紫外光才能激发的体系
②由于材料的双光子吸收与激发光强的平方密切相关,因 而在紧密聚焦的条件下,双光子吸收仅局限在物镜焦点 处空间体积约为λ3 (λ为入射光波长)的小范围空间内
加工原理示意
制备纳米颗粒
• 利用溶胶- 凝方法产生掺金(Au)离子SiO2 /TiO2 玻璃薄膜,
• 对之进行双光子吸收操作后形成了金纳米 颗粒阵列
• 掺钛( Ti)离子的光聚合树脂( urethane acrylate)进行双光子聚合,在聚合物结构上 产生了TiO2 纳米颗
高密度存储
• 原理一
飞秒激光加工技术
飞秒激光具有脉冲宽度窄(几个到上百个飞秒) 、峰值功率高(最高可达到拍 瓦量级)的特性. 从常规飞秒激光振荡器输出的激光经聚焦后可在焦点处得到 1011 —1012W / cm2 量级的功率密度,而从飞秒激光放大器中得到的聚焦峰 值功率则可以达到1020W / cm2 ,甚至可达到1021W / cm2 。
液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成 的离子源。液态金属离子源的基本结构如图’ 所示。目前商用FIB 系统的 粒子束是从液态金属镓中引出，由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良 好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓
液态金属离子源结构示意图
FIB 的应用
• 集成电路芯片的修改
FIB 的应用
• 多用途微切割工具
FIB像一把尖端只有数十nm 的手术刀。任何一个部位溅
射剥离或沉积材料。
准晶中空气孔的平均直径为80 nm、最近邻空气孔的孔心距离 约为170 nm ,刻蚀深度约为150 nm
高密度存储
• 原理二
利用双光子吸收和共焦原理，三维光学高密信息存储技 术可实现在直径120 mm、厚度10 mm 的光盘上存储 200 GB 的数据,用并行方法读出,速度达Gbit/ s
共焦光学系统具有三维分层扫描成像能力，有效地避免 邻层的干扰，并且与CD 播放机有极好的兼容性，成为 重要的三维光学数据读出方法
国内的应用研究
泵浦源输出波长为532nm 的连续光；飞秒激光器为钛-蓝宝石飞秒激光 器，在4.2W 泵浦源的条件下，稳定输出功率为560mW，频率为 82MHz，波长为796nm，飞秒激光脉宽约30fs，单脉冲能量约8nJ。 796nm 红外飞秒激光经过倍频器(BBO)后波长变为398nm 的紫 外光，倍频器的输出功率为100mW。
聚焦离子束（ FIB ）加工
• 原理
FIB技术是利用静电透镜将离子束聚焦成极小尺 寸的显微加工技术，聚焦离子束（FIB） 在电 场作用下可被加速或减速，以任何能量与靶材 发生作用，并且在固体中有很好的直进性；离 子具有元素性质，因此FIB与物质相互作用时 能产生许多可被利用的效应。所以，FIB被广 泛应用在离子束曝光、注入、刻蚀、沉积、镀 膜、抛光、钻孔和研磨等领域