[发明专利]脉冲激光诱导向前转移制备图案化金属薄层的系统和方法

权利要求书

1.一种脉冲激光诱导向前转移图案化金属薄层的系统，其特征在于：该系统包括：激光光源、光路调节系统和二维精密移动系统，所述激光光源与所述光路调节系统相连接，所述二维精密移动系统位于所述光路调节系统的下面；所述激光光源为脉冲激光器；所述光路调节系统包括准直扩束透镜组，与之相连接的分光元件，所述分光元件呈90度分别与两个反射镜相连接，两个反射镜分别与合束镜相连接，所述合束镜通过聚焦透镜与物镜相连接；所述二维精密移动系统包括电动平台、运动控制器和计算机，所述计算机通过运动控制器和电动平台相连接，所述电动平台用于放置初始基片和接收基片；所述分光元件为偏振分光棱镜，所述反射镜分别通过与其偏振方向平行放置的衍射光栅或SLM与所述合束镜相连接；所述脉冲激光器的输出波长为1064nm，脉冲宽度为1~30ns，重复频率为1~10kHz，最大脉冲能量>1mJ；所述光路调节系统中，准直扩束透镜组由两个平凸透镜组成，对激光光源发射的激光进行准直扩束后，激光光斑直径变为原来的2倍，该准直扩束透镜组与脉冲激光器直接固接在一起；所述反射镜为对于1064nm激光的全反射镜；所述合束镜为对于1064nm激光的半透半反镜；所述聚焦透镜的焦距为50mm；所述电动平台在X、Y方向上的行程范围分别为200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范围内直线度小于10μm，平直度小于15μm；所述运动控制器采用交流伺服电机；所述初始基片和接收基片之间设有垫片。

2.一种脉冲激光诱导向前转移图案化金属薄层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用旋涂、刮涂或蒸镀的方法在作为透明的初始基片的载玻片上制备一层金属薄层，然后将垫片置于镀有金属薄层面的初始基片和接收基片之间，形成一个微小间距，该金属薄面朝下，再将其放置于脉冲激光诱导向前转移图案化金属薄层的系统的电动平台上；

（2）激光光源发出的光经准直扩束透镜组入射到分光元件后，发生反射和透射，分成能量相同的反射光束和透射光束，该两个光束合成后，经聚焦透镜聚焦后投射到物镜的焦平面上；

（3）合成后的光束经物镜后聚焦于步骤（1）中制备好的初始基片上，焦点位于所述初始基片的金属薄层之间的位置，激光透过透明的初始基片，被金属薄层吸收，使初始基片与金属薄层的界面加热，当入射激光能量超过阈值时，金属薄层中与初始基片接触部分的温度升高，达到金属薄层材料的沸点，汽化形成的蒸汽压推动其前方熔化的材料脱离初始基片并喷向接收基片，金属薄层上的材料被局部的转移到接收基片上，此过程中二维精密移动系统，通过计算机和运动控制器控制电动平台的精密移动，使聚焦的激光光斑按照预设路径在样品表面进行二维移动，从而实现金属薄层的图案化转移；所述步骤（2）中所述分光元件为偏振分光棱镜，经偏振分光棱镜分光后的反射光束和透射光束具有相互垂直的偏振态，经过反射镜反射后，分别入射到与其偏振方向平行放置的衍射光栅或SLM，投射出强度呈正弦变化的衍射条纹，再经合束镜合束后经聚焦透镜聚焦后投射到物镜的焦平面上；所述步骤（1）中所述金属薄层为纳米银导电油墨薄层；所述步骤（2）中所述激光光源输出的波长为1064nm，脉冲宽度为1~30ns，重复频率为1~10kHz，最大脉冲能量>1mJ；所述步骤（2）中所述准直扩束透镜组对光源发射的激光进行准直扩束后，激光光斑直径变为原来的2倍；所述步骤（2）中所述聚焦透镜焦距为50mm，用于对从合束镜入射至聚焦透镜的光束进行会聚；所述步骤（2）中所述物镜用于将干涉光束在金属薄层表面聚焦成规定尺寸的光斑，数值孔径为1.4；所述步骤（3）中所述电动平台在X、Y方向上的行程范围分别为200mm，最大速度200mm/s，每100mm行程范围内直线度小于10μm，平直度小于15μm；所述步骤（3）中所述运动控制器采用交流伺服电机，在X、Y方向上按照预设路径控制电动平台的运动。