[发明专利]用于跨尺度双光子聚合加工的样品精密夹具及调平方法

说明书

本发明属于微纳加工领域，具体涉及一种用于跨尺度双光子聚合加工的样品精密夹具及调平方法，夹具包括：固定连接的XY轴移动平台、Z轴位移台和基板，设置于基板上的微调组件，过渡组件，以及载物台；过渡组件一端固定于微调组件上、另一端固定载物台；XY轴移动平台用于驱动Z轴位移台和基板沿X轴和Y轴方向移动；Z轴位移台用于驱动基板以带动微调组件、过渡组件和载物台沿Z轴方向移动；微调组件用于通过驱动过渡组件带动载物台实现水平度和平面度调整。本发明使得双光子聚合加工系统实时三维调平精度控制在100纳米以内，有效保证双光子聚合加工系统在进行加工时准确聚焦和加工产物成型精度，将加工尺度从微纳尺度拓宽至毫米和厘米尺度。

技术领域

本发明属于微纳加工领域，更具体地，涉及一种用于跨尺度双光子聚合加工的样品精密夹具及调平方法。

背景技术

近年来，随着物理、化学等基础学科和半导体微电子技术的发展，人类对于微纳米尺度世界的探索取得了前所未有的突破，各种微纳加工技术成为了现代科学技术的重要研究内容。其中，精细复杂三维结构需要依赖先进的加工制造技术来实现，光刻等微纳制造技术虽然有很高的加工精度，但主要局限在加工二维结构，缺乏在微纳尺度制造复杂三维结构的能力。双光子聚合加工技术(三维激光直写技术)是一种加工精度能够达到纳米水平的三维打印技术，在微机电系统、微光子学器件、信息技术、生物医学等领域的微器件加工方面极具潜力。

在早期研究过程中，美国专利US8986563B2和德国专利DE102015216583A1中公开了一种基于双光子聚合技术制备制造三维微结构的方法，利用空间曝光的方式在材料内部写入三维微纳结构，通过CCD监控系统调节合适的打印起始位置，将要打印的模型切片生成控制代码，控制电脑控制运动平台和光路开关实现双光子聚合打印，为双光子聚合加工设备的搭建提供了基础方案。但在实际应用中，满足使用需求的结构往往跨越多种尺度，以人造组织为例，其微观尺度需要在微米甚至纳米量级(细胞到亚细胞尺度)，其宏观尺度需要到毫米甚至厘米量级以上，这对双光子聚合加工设备的工作尺度提出了新的需求，同时这也是双光子聚合设备从小批量微纳加工走向大批量、大规模应用的重大挑战。

为解决双光子聚合加工设备的加工尺度难题，国内外开展了广泛的研究，目前主要通过提高硬件长工作距运行能力和牺牲部分加工精度增加工作距的方式实现跨尺度的双光子聚合加工。例如，在中国发明专利CN104028890B和实用新型专利CN203900734U中公开了一种大行程柱坐标双光子聚合加工装置，通过将试件以共轴或离轴方式安装在一个高精密转台上，避免了运动轴回退、可快速精密跟踪有扰动的路径，提高加工系统在长工作距下的高精度稳定运行能力，从而实现大面积三维微纳结构的快速加工；在中国发明专利CN110653488A公开了一种跨尺度三维激光直写加工装置，采用多个数值孔径的聚焦物镜，为不同加工精度的区域选择对应的聚焦物镜和位移台，通过牺牲部分加工精度的方式增加工作距离，减少加工时间，兼顾亚微米尺度的加工精度和厘米级别的整体结构。

然而，双光子聚合加工作为一种三维微纳加工技术，除尺度指标外，精度指标是其实现加工结构功能性的关键，上述两种实现双光子聚合跨尺度加工的方法中，设备方案都是基于实现跨尺度加工进行设计，通过对现有双光子加工设备的设计方案进行拓展以扩大其加工范围，装置结构复杂、缺乏扩展性。同时，由于加工范围的扩大，样品的装夹、加工平面的水平度和大行程下焦平面的调平成为跨尺度加工的重大挑战。

发明内容

本发明提供一种用于跨尺度双光子聚合加工的样品调平方法及调平方法，用以解决现有双光子聚合跨尺度加工装置结构复杂且精度低进而难以有效实现高精度双光子聚合跨尺度加工的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于跨尺度双光子聚合加工的样品精密夹具，包括：固定连接的XY轴移动平台、Z轴位移台和基板，设置于所述基板上的微调组件，过渡组件延长筒，以及载物台；其中，所述延长筒过渡组件的一端固定于所述微调组件上、另一端固定所述载物台；