[发明专利]一种适用于飞秒激光双光子微纳加工系统的光路结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于多种光敏树脂材料三维微纳结构制备的飞秒激光双光子 微纳加工系统，更特别地说，是指一种适用于飞秒激光双光子微纳加工系统的光路结 构。

背景技术

双光子激光三维微加工是利用激光与加工材料之间非线性的相互作用来实现微 纳加工的。其加工方式是海量光聚合单点的逐个累加，所有的结构都是通过一点点、 一线线和一层层的双光子曝光形成的，这对于三维微结构的加工来说，就需要消耗大 量的人力和物力。真三维是双光子激光三维微加工独有的特性，但这个特性同时也带 来了一些副产品，那就是当进行三维微结构加工的时候，整个微结构都是由单个光聚 合点逐个累加形成的，这样就需要海量的双光子聚合点，即使有自动化的加工装置， 也需要花费大量的机器时间。

专利授权公告号CN 100392514C中公开了一种“并行飞秒激光双光子聚合微 纳加工方法及其装置”。该装置由激光发生系统、外光路系统以及加工控制系统依次 组成，其中激光发生系统由依次相连的泵蒲光源、飞秒激光器和再生放大器组成，外 光路系统由依次相连的全反镜、衰减镜、光闸、光纤耦合器、光纤阵列和微透镜阵列 组成，加工控制系统中盖玻片、三维扫描平台、光敏树脂、CCD依次相连，计算机 控制系统经驱动器与三维扫描平台相连。

发明内容

为了改变双光子激光三维微加工效率较低的状况，以及光强在空间分布不均的缺 陷，本发明提供一种适用于飞秒激光双光子微纳加工系统的光路结构，该光路结构将 超分辨衍射理论引入到飞秒激光双光子微制造中。因为飞秒激光双光子微加工的加工 方式受激光功率的强度与分布形态的影响非常大，所以在双光子激发与自由基聚合理 论分析的基础上，对光敏树脂材料的聚焦面上和光轴线上的光场位置重新进行调整， 使光场分布朝着有利于提高双光子激光三维微加工效率的方向进行调整。本发明光路 结构通过超分辨衍射器件改变了飞秒激光在焦点局域空间内的功率分布，使得旁瓣的 光强大于双光子聚合的功率阈值，实现双光子微纳加工中的多点加工。

本发明的适用于飞秒激光双光子微纳加工系统的光路结构，所述的光路结构由飞 秒双光子激光器(1)、光渐变衰减器(2)、滤波凸透镜(3)、针孔滤波器(4)、截 取光阑(5)、准直透镜(6)、孔径光阑(7)、超分辨衍射器(8)和油浸物镜(9) 组成，飞秒双光子激光器(1)至光敏树脂(10)之间以光轴线对中顺次布置有光渐 变衰减器(2)、滤波凸透镜(3)、针孔滤波器(4)、截取光阑(5)、准直透镜(6)、 孔径光阑(7)、超分辨衍射器(8)、油浸物镜(9)，超分辨衍射器(8)安装在油浸 物镜(9)上。超分辨衍射器件(8)是在一基板(81)上采用二元光学加工方法加 工出具有A凹槽(82)、B凹槽(83)的一光学器件；基板(81)的半径r₄＝1～5mm， A凹槽(82)的半径r₁＝0.2r₄，A凹槽(82)与B凹槽(83)的壁厚r₂＝r₁＝0.2r₄， B凹槽(83)的宽度r₃＝0.20～0.3r₄。

所述的适用于飞秒激光双光子微纳加工系统的光路结构，其特征在于：渐变衰减 器(2)与飞秒双光子激光器(1)在中心轴线方向上相距d₁＝1～100mm；渐变衰 减器(2)与滤波透镜(3)在中心轴线方向上相距d₂＝1～100mm；滤波透镜(3) 与针孔滤波器(4)在中心轴线方向上相距d₃＝10～100mm；针孔滤波器(4)与 截取光阑(5)在中心轴线方向上相距d₄＝10～100mm；截取光阑(5)与准直透 镜(6)在中心轴线方向上相距d₅＝900～1200mm；准直透镜(6)与孔径光阑(7) 在中心轴线方向上相距d₆＝10～100mm；孔径光阑(7)与超分辨衍射器件(8) 在中心轴线方向上相距d₇＝10～100mm；物镜(9)与光刻胶(10)在中心轴线方 向上相距d₈＝0.1～1mm。

本发明光路结构的优点在于：

(1)光渐变衰减器2与截取光阑5之间加入滤波凸透镜3和针孔滤波器4，目的 是为了滤除杂波，使得飞秒激光器发出来的激光变得更加纯净。