飛秒激光雙光子三維微細加工技術的研究.pdf

1、作為一種新型的激光成型技術,飛秒激光雙光子微細加工具有真三維的制作能力和亞微米的加工分辨率等技術特點,在MEMS研究領域受到越來越廣泛的重視.該文結合高水平大學建設重點科研項目和國家自然科學基金項目(No.50275140)的主要研究內容,研制了飛秒雙光子三維微細加工實驗系統(tǒng),并主要對振蕩級飛秒激光系統(tǒng)、加工系統(tǒng)的分辨能力、加工重復率和不同材料的雙光子加工性能等問題進行了深入研究.該文的主要成果如下:首先,在總結雙光子激發(fā)的技術優(yōu)勢和成

2、型特點的基礎上,自行設計、搭建了飛秒激光雙光子三維微細加工系統(tǒng),并實現(xiàn)了三維信息存儲等功能在系統(tǒng)中的集成.重點論述了作為雙光子輻射光源的鈦藍寶石飛秒激光器的結構設計和性能測試,并對諧振腔鎖模穩(wěn)定性進行了理論上的驗證.對系統(tǒng)中其它重要功能部件也進行了詳細的介紹.其次,該文分別從激發(fā)光強和自由基濃度兩個方面對系統(tǒng)可實現(xiàn)的加工分辨率進行了理論分析,并最終建立了統(tǒng)一的理論模型.我們還采用逐點提升法制作了不同加工條件下雙光子成型的固化單元,通過與

3、理論模型的Matlab仿真結果比較驗證理論分析的正確性,在此基礎上探討了重要加工工藝參數(shù)對系統(tǒng)加工分辨率的影響.同時,該文根據(jù)曝光等效性原理從理論上分析了不同重復率條件下直線加工的表面質量,并從實驗上對此進行了驗證.根據(jù)建立的理論模型,可預計加工系統(tǒng)可實現(xiàn)的分辨能力,確定實際加工中合適的掃描步距.再次,利用建立的加工系統(tǒng),我們成功地實現(xiàn)了不同紫外光刻膠材料的三維成型,制作出了多個具有真三維結構的微器件.對超支聚合物和二苯乙烯類光聚合物進