文档介绍：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 。
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
飞秒激光加工技术
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
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
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
双光子聚合加工的应用
加工原理示意
制备纳米颗粒
利用溶胶- 凝胶方法产生掺金(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
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