[发明专利]飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统及方法

说明书

本申请提供了一种飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统及方法，利用空间光调制器将普通聚焦焦点调制成高长径比的针状光场，以生成高长径比的针状目标光束，将针状目标光束聚焦至待加工样品上，只需要单次曝光即可加工高长径比微结构。该系统和方法加工效率高、步骤简单，且成本低，不需要复杂的工序和昂贵的刻蚀设备，是一种灵活、高效、快速和低成本的高长径比聚合物微柱加工的系统架构。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，更具体地说，涉及一种飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统及方法。

背景技术

高长径比（High Aspect Ratio，简称HAR）的微纳米结构在传感、仿生、波导、太阳能电池制造和超疏水表面等有着广泛的应用。

目前制造高长径比微纳米结构的主要技术有深硅蚀刻和纳米压印等。但是，深硅蚀刻和模版沉积对材料有很高的要求，并且，处理软材料（生物材料）的能力有限。纳米压印是一种常用的高长径比微纳结构加工方法，但是，其需要制作压印模版。

与上述制作方法不同的双光子聚合（Two Photo Polymerization，简称2PP）加工方法能够通过光束焦距实现亚微米特征尺寸的三维微纳结构的加工，已被广泛应用于微光学、微流体、细胞分析和组织工程等领域。2PP加工方法通过物镜将光束处理得到聚焦光斑，利用聚焦光斑逐点移动来完成三维形体的高精度打印。

但是，通过这种聚焦光斑逐点扫描技术来打印高长径比微纳结构，其耗时长，加工效率低。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统及方法，技术方案如下：

一种飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统，所述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统包括：

飞秒激光器，用于出射飞秒激光；

第一组透镜结构，用于对所述飞秒激光进行扩束处理；

光闸，用于控制所述飞秒激光光路的通断；

空间光调制器，用于扩束处理后的飞秒激光入射至所述空间光调制器后，生成高长径比的针状目标光束；

第二组透镜结构，用于对所述针状目标光束进行缩束处理；

成像系统，用于对缩束处理后的针状目标光束进行聚焦处理，以对放置于三维位移平台上的待加工样品进行单次曝光加工处理，获得高长径比聚合物微柱结构；

计算机，用于控制所述三维位移平台的位置，还用于控制所述光闸的状态，还用于控制所述空间光调制器的图像显示。

优选的，在上述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统中，所述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统还包括：

在所述飞秒激光的光路传输方向上，依次设置在所述飞秒激光器和所述第一组透镜结构之间的半波片和偏振器；

其中，所述半波片和所述偏振器的组合用于控制所述飞秒激光的光束能量。

优选的，在上述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统中，所述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统还包括：高反透镜；

其中，所述高反透镜用于改变扩束处理后飞秒激光的光路，以使其入射至所述空间光调制器。

优选的，在上述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统中，所述第二组透镜结构包括两个相对设置的透镜；

所述飞秒激光快速制备高长径比聚合物微柱的系统还包括：

设置在两个相对设置的透镜之间的光阑；

其中，所述光阑用于使所述针状目标光束的第一级光通过。