毛细力辅助飞秒激光直写制备各向异性及多级结构

将飞秒激光双光子聚合加工技术和毛细力诱导自组装技术相结合实现了各向异性结构和多级结构的制备。首先,使用飞秒激光双光子加工技术加工出微柱阵列,将微柱置于显影液中显影,然后放置在空气中。在显影液蒸发的过程中,微柱结构单元受到毛细力的作用而弯曲实现自组装。通过控制微柱的高度和直径的不一致性实现了两种各向异性结构制备方法,并成功制备了底层微柱直径分别为2μm和6μm双层结构。由于毛细力的大小和微柱高度无关,且同样端部变形量下较高微柱的弹性回复力小于较低微柱的弹性回复力,更易发生弯曲;直径较大的微柱具有更强的抗弯曲能力,从而引导直径较小的微柱向较大的微柱倾斜,藉此制备了各向异性结构。使用毛细力自组装辅助飞秒激光微纳加工可以实现灵活可控的复杂3D结构的加工,并将在生物医药、化学分析、微流体等领域发挥重要作用。

多偏振飞秒激光制备彩色铁

采用四个不同偏振方向的线偏振和圆偏振态飞秒激光扫描处理金属铁表面来制备不同的彩色铁。从不同角度观察被处理区域时,线偏振扫描处理的彩色区域呈现不同的色彩,而圆偏振扫描处理的区域没有明显的颜色变化。扫描电子显微镜图片显示,线偏振激光扫描处理金属铁表面形成了nm量级的激光诱导周期表面结构,其方向始终与激光偏振方向垂直;圆偏振激光扫描处理金属铁表面形成的条纹结构不明显且有大量的纳米颗粒结构。

飞秒激光加工中折射率失配引起的像差问题及其矫正

折射率失配引起的球差导致飞秒激光加工焦点在光轴方向发生位置偏移和焦斑拉伸现象，降低了飞秒激光加工的轴向分辨率和位置精确性，严重影响了飞秒激光加工三维微纳米器件质量。因此，寻求一种合理的补偿设计方案是当前加工技术的一种诉求。利用空间光调制器能够实现光场相位变化的特性，提出在空间光调制器上产生一个与像差函数等值相反的相位信息方法补偿到光路中消除折射率失配引起的球差影响。理论上分析了折射率失配引起球差对加工焦场强度分布影响，通过泽尼克多项式将球差函数进行展开分解，设计针对不同级数的球差矫正的计算全息图，实现球差矫正。该方法不仅能够消除焦斑拉伸畸变，而且能够恢复焦斑位置和强度，为飞秒激光加工中消除折射率失配影响提供了一种较好的解决方案。

飞秒激光全息加工光学系统搭建与分析

合理的光学系统设计及参数优化是飞秒激光全息并行加工系统功能实现的前提。在分析了飞秒激光全息并行加工系统光路设计要求的基础上,对其中的两个关键点进行了较为深入的研究。采用能量利用率高的斜入射方式照射选用的空间光调制器,得出了后续光路设计的关键参数;通过光学理论推导出空间光调制器与两个透镜组成的4-f系统中最佳光路参数,利用Zemax软件对光路中系统孔径仿真,验证了该方案的合理性;搭建了一套合理高效的飞秒激光全息并行加工系统,实现了7焦点阵列的微透镜和微齿轮并行加工。研究结果表明,该光路设计方案可以实现高效的飞秒激光全息加工过程。