[发明专利]一种高精度激光微纳投影打印方法及系统

说明书

本发明公开了一种高精度激光微纳投影打印方法及系统，基于非简并双光子聚合效应，采用不同波长的两束飞秒激光，利用空间光调制器产生图形化光强分布，校准调节两个空间光调制器产生的有效成像区域后，两个空间光调制器产生的两个光强分布图在光刻胶上部分重叠，部分重叠区域激发非简并双光子聚合效应进行光刻。本申请的一种高精度激光微纳投影打印方法及系统，通过“重叠投影光刻”技术来提高加工精度，同时利用空间光调制器产生图形化光强分布，实现高效率的并行微纳加工。

技术领域

本发明属于3D增材打印和激光微纳加工领域，特别是涉及一种高精度激光微纳投影打印方法及系统。

背景技术

3D增材打印技术是新一代的绿色高端增材制造技术，具有一次成型、设计灵活、成本低、制造速度快、加工精度高等优点。该技术的发展不仅催生了迅速增长的3D制造市场，而且推动了航天、工业、生物、医疗、科研等领域的进步，被誉为是引领第三次工业革命的新兴技术。虽然3D增材打印技术日趋成熟，但目前绝大部分相关技术和产品的打印精度都在毫米(10^-3m)到几十微米(10^-5m)的范围，这就大大限制了在需要微纳(10^-6～10^-8m)精度的尖端领域应用。

双光子聚合效应具有非线性阈值，能够大大缩小有效光斑的尺寸，从而提高加工精度；另一方面，双光子效应仅发生在达到阈值的激光焦点处，光束路径的其它区域好似透明，这使精密3D微纳加工成为可能。利用双光子聚合效应的激光微纳加工技术可以制作2D或3D微纳结构，主要有两种方式，单激光束直写和并行加工。采用单激光束直写的方法可以加工任意2D或3D微纳结构，且加工精度很高，但一个明显缺陷是加工速度慢，即使采用高速振镜扫描激光束，也很难加工打印大尺寸的微纳器件。为了提高加工速度，可以采用并行微纳加工技术，如通过衍射器件分成多光束并行加工、利用空间光调制器进行图形面打印等。这些技术虽然提高了加工速度，但同时激光焦点尺寸变大，导致加工精度下降，横向加工精度仅达到波长量级，纵向精度则不受控制。因此，利用上述双光子激光微纳加工技术存在以下缺陷：

1、单激光束直写的加工速度慢，不适合加工大尺寸微纳器件；

2、多光束并行的加工精度较差，且加工结构受限；

3、图形面打印的加工精度较差，纵向精度尤其差。

综上，现有方法很难同时兼顾加工速度和加工精度，高效率、高精度、低成本地制造复杂三维微纳结构也被认为是一项国际化难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度激光微纳投影打印方法及系统，基于非简并双光子聚合效应，通过“重叠投影光刻”技术来提高加工精度；利用空间光调制器产生图形化光强分布，实现高效率的并行微纳加工。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高精度激光微纳投影打印方法及系统。

本发明公开的第一方面，一种高精度激光微纳投影打印方法，包括如下步骤：

第一步：打印准备，调节功率、偏振态、脉冲宽度参数，调节第一空间光调制器和第二空间光调制器的成像区域；

第二步：将目标加工物体的3D模型输入系统软件，通过切片算法产生一系列2D切片图S₁,S₂,S₃,···S_n；

第三步：计算分解成2组光强调制图数据A₁,A₂,A₃,···A_n和B₁,B₂,B₃,···B_n，分别传输给两个空间光调制器；

第四步：开启光开关，第一空间光调制器、第二空间光调制器分别同步产生第一光强分布图、第二光强分布图；