[发明专利]基于时域整形飞秒激光诱导液体薄膜前向转移的方法

说明书

本发明涉及一种基于时域整形飞秒激光诱导液体薄膜前向转移的方法，属于飞秒激光应用技术领域。本发明通过对原始飞秒激光进行时域整形，在时间上分成间隔为0.1‑100ps的双脉冲，实现对吸收层的烧蚀抑制，结果表明应用双脉冲作为激发光源可将适用的激光通量范围拓宽一倍。此外，通过高亮度LED灯与增强型电荷耦合器件ICCD组合成的阴影成像系统，可直接监测转移的射流与过程，从而有根据得调整加工条件，更快得实现稳定的转移。供体和受体分别采用两个高精度三维平移台进行运动控制，实现供体与受体之间的相对运动，克服传统激光诱导前向转移系统配置中，对受体上同一点只能实现单次沉积的弊端，实现更加灵活的转移加工。

技术领域

本发明涉及一种基于时域整形飞秒激光诱导液体薄膜前向转移的方法，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

激光诱导前向转移技术(LIFT)是一种快速有效的增材制造和打印方法，相比于传统打印技术，它可以脱离喷嘴的限制，能够打印范围广泛的固体或液体材料并获得很好的分辨率。其原理较为简单，连续激光或脉冲激光聚焦在光吸收层上，产生热效应或者诱导产生冲击波，导致液体材料的直接喷射或固体材料的熔化后的喷射，通过放置接收基底形成沉积完成转移过程。

飞秒激光在微纳加工中有热影响区小、空间分辨率高等优势，其热效应小的特点特别适合于作为热敏感材料的驱动激光源。如转移活体细胞等热敏感材料，而这些材料常常以粘性液体的形式存在。

在实际应用中，单个激光脉冲转移的液体体积即为打印的体积分辨率，这与激光所使用的能量密切相关，且对于一种特定的液体薄膜，获得良好打印结果(即形成单一液滴的沉积)的激光能量范围往往很小，限制了调控转移体积分辨率的范围。此外，由于液态材料激光诱导前向转移的过程受诸多因素的影响，如：驱动激光的能量、供体受体间距、吸收层的有无及性质、液体材料自身性质等因素，因此在转移液态材料时具有非常大的偶然性，很难保证加工的有效性和一致性。实际加工过程中，对于一种新的液体材料，通常需要繁琐的参数调整过程来确定合适的参数配置。最后，传统激光诱导前向转移过程中，供受体是固连在一起的，因而对同一点只能实现单次可控的加工。综上，发明一种能够监测转移过程的基于飞秒激光的诱导前向转移灵活加工方法至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了在激光诱导液体薄膜前向转移过程中，拓宽调控转移体积分辨率的范围，加快对获得稳定液体射流的参数探索过程，提高加工的灵活性，提供一种基于时域整形飞秒激光诱导液体薄膜前向转移的方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

基于时域整形飞秒激光诱导液体薄膜前向转移的方法，首先对原始激光进行时域整形，整形成空间重合的两束子脉冲，所述子脉冲烧蚀吸收层，诱导产生等离子体喷发和冲击波的演化，最终诱导液体薄膜射流的形成和转移。此过程中时域整形的飞秒激光对吸收层的烧蚀相比单脉冲产生了抑制效果，使得冲击波的演化和后续射流的喷发变得更加温和，最终拓宽了获得稳定射流和良好转移结果的能量范围。其次，时间分辨成像系统提供对射流状态最直接的监测。最后，两个能实现相互运动的供受体提高了加工的灵活性。

实现上述方法的装置包括：飞秒激光加工子系统、脉冲时间整形器、侧面成像子系统、顶端成像子系统、计算机控制系统、待加工样品子系统和高精度三维平移台。

所述飞秒激光加工子系统，包括飞秒激光器、第一光阑、半波片、格兰泰勒棱镜、电控快门、第二光阑、反射镜和聚焦透镜，飞秒激光器产生脉冲激光，沿上述装置依次传播。

所述飞秒激光时域整形器，用于对原始脉冲飞秒激光进行脉冲整形，将单个飞秒激光脉冲整形为间隔几十飞秒到几十皮秒的多个飞秒激光脉冲串。