增强双光子微细加工分辨率的新技术

通过对双光子微细加工的原理分析,探讨了双光子加工中可能影响最终分辨率的各个因素,在所建立的分辨率理论模型指导下,研究了通过优化工艺参数实现双光子微细加工分辨率增强的方法,并进一步提出了使用衍射光学器件改变激励光波面分布以实现加工分辨率增强的方案.针对衍射光学器件方案进行了基于矢量衍射理论的具体设计和初步实验验证.     

双光子三维微细加工重要工艺参数的实验研究

优化工艺参数是保证双光子微细加工质量的重要条件。经分析选取了激发光强、覆盖率和物镜的数值孔径作为实验研究对象。用自行开发的双光子微细加工系统，通过单独控制一个加工条件而固定其它条件的方法，对比不同条件下系统的实验结果，探讨该工艺条件对加工质量的影响。最后，给出了经参数优化后的部分实验结果。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统，以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况，给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果。     

新型双光子引发剂光聚合行为及微器件制备

针对800 nm的激发光源设计合成了3种具有D-π-D分子构型的新型二苯乙烯衍生物(分别命名为BPSBP,BESBP和BCSBP)作为双光子引发剂.利用飞秒激光研究了该系列双光子引发剂的双光子光聚合行为,着重讨论双光子引发剂浓度对聚合阈值和双光子引发剂浓度、聚合能量及曝光时间对聚合分辨率的影响.综合影响聚合分辨率、系统加工效率和微器件表面质量的因素,以浓度为32μmol/g的BPSBP作为双光子引发剂的聚合体系,在9×105mJ/cm2的聚合能量下制作出了亚微米级的三维周期微结构等微器件,并用电镜(SEM)进行了表征.     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储.文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果.     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统 ,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况 ,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果     

可见光波段飞秒激光双光子微纳加工

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析.实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子跃迁过程逐渐满足近共振跃迁条件,双光子吸收几率逐渐增大,双光子加工的阈值逐渐降低。     

一种Bragg型声光双稳器件的双稳特性研究

本文报导了一种基于Bragg型衍射的声光双稳器件。声光晶体由行波场驱动，声场频率则由系统的反馈讯号控制。实验中，观察并记录了输出光强相对输入光强的双稳特性与固定偏置频率的关系，以及在不同输入光强条件下输出光强与偏置频率之间的双稳特性，这些实验结果与理论分析结果一致。     

可见光波段飞秒激光双光子微纳加工研究

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析。实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子加工的阈值逐渐降低。     

一种Bragg型声光双稳器件的双稳特性研究

本文报导了一种基于Bragg型衍射的声光双稳器件。声光晶体由行波场驱动,声场频率则由系统的反馈讯号控制。实验中,观察并记录了输出光强相对输入光强的双稳特性与固定偏置频率的关系,以及在不同输入光强条件下输出光强与偏置频率之间的双稳特性。这些实验结果与理论分析结果一致。     

SU-8胶双光子微加工分辨率与工艺条件研究

为了提高SU-8光刻胶的微加工分辨率,利用飞秒激光双光子聚合技术研究了SU-8光刻胶微加工时的加工工艺条件与分辨率之间的关系.实验在本研究组自主研制的纳米光子学超细微加工系统上进行,以钛蓝宝石飞秒激光器发出的780 nm波长激光作为加工光源,考察了不同激光功率与曝光时间等激光加工条件和后烤与无后烤等工艺条件对SU-8聚...     

飞秒激光双光子聚合加工微纳结构

针对微/纳机电系统（MEMS/NEMS）零部件加工制造难题,研究具有亚衍射极限空间分辨率的飞秒激光双光子聚合加工方法,搭建钛蓝宝石飞秒激光微纳加工系统,对液态聚合物材料进行飞秒激光双光子聚合加工工艺试验研究。结果表明:随着激光功率的降低,单个固化点的尺寸减小,加工分辨率提高;扫描步距减小,所加工工件的表面粗糙度数值减小,但加工效率降低。基于CAD软件设计出微米墙和纳米线构成的三维微纳结构,利用飞秒激光双光子聚合加工得到该三维微纳结构实物,通过优化工艺参数加工出直径小于100 nm的纳米线,从而证明飞秒激光双光子聚合加工方法为微/纳器件的制造提供了一种有效方法。     

Two-photon laser precision microfabrication and its applications to micro-nano devices and systems

Two-photon absorption (TPA) provides the ability to confine photochemical and physical reactions to the order of laser wavelength in three dimensions. For applying TPA to laser precision microfabrication, we proposed a two-photon photopolymerization technique, by which photonic crystals and various micromachines with near-diffraction-limit features have been produced. Here we show that the diffraction limit was exceeded by utilizing nonlinear laser-matter interaction processes, and spatial resolutions far smaller than the diffraction limit were achieved. The super resolution, combined with other technologies newly developed by us including three-dimensional imaging of voxels, rapid surface profile scanning, device functionalization and its mechanical driving with a laser trapping force, and dye-doping polymerization for three-dimensional microdiagnosis, makes the technique quite compelling for nanophotonic and optical microelectromechanical (MEMS) applications.     

光子晶体及其自组装制备

自从理论计算指出金刚石结构具有完全光子带隙以来,三维光子晶体的理论研究和实验制作一直受到高度重视。光子晶体的制备方法总体上可分为两大类:微制作法和自组装法。前者适合于制备微波、远红外及近红外波段的光子晶体,后者制备近红外、可见或更短波段的光子晶体具有独特的优势。简述了光子晶体的概念和基本特征,并对三维光子晶体的自组装制备方法进行了综述。     

Investigation of three-dimensional pattern collapse owing to surface tension using an imperfection finite element model

Precise fabrication of three-dimensional (3D) microstructures having nano-details has become realized using two-photon induced photopolymerization (TPP) since several years ago; and now, this technology is recognized as a promising process for the creation of 3D neo-conceptive nano- and microscale devices. However, there are still important issues to be settled for the practical use of TPP. One of them is the 3D pattern collapse due to the surface tension of rinse materials in a development process, which impedes the progress of 3D precise microfabrication via TPP. To solve this issue effectively, finite element analyses of 3D pattern collapse using an imperfection model were conducted. Overall of this work, we showed the mechanism of 3D pattern collapse and the way how to reduce pattern deformation effectively during a developing process using experimental and analytical approaches.     

一种基于微加工技术的微型电场传感器的设计与制造

一种新型的，以压电陶瓷条为驱动、硅为屏蔽和感应电极的微型电场传感器。此种传感器利用了新型的电场感应模式，采用微加工技术制造，使其具备体积小、重量轻、功耗低、便于与其它器件集成等特点，而且制作工艺简单，成本较低。本文阐述了此种传感器的工作原理，并通过计算机模拟验证了可行性，同时描述了新型传感器的结构设计和加工工艺过程。实验数据表明，新型电场传感器的分辨率达到250V／m。     

助航灯具光强测试系统研究

针对助航灯具的发光特性,提出了一种测试助航灯具出射光强分布的方法。使用线阵CCD作为光电传感器,采集、获取各个方向灯具的光强信号,利用A/D芯片和USB接口芯片实现数据的转化和实时传输。通过改进的Delaunay三角剖分线算法和B样条曲线平滑处理算法的结合,提出了一种快速生成等光强曲线的算法,给出了Matlab软件获得等光强曲线的方法。通过对PAPI灯出射光强的测试及其等光强曲线的拟合,验证了该测试装置可以较好地实现光强测试,所提算法绘制的曲线平滑、速度快。     

Microfabrication techniques for chemical/biosensors

Microfabrication processes for chemical and biochemical sensors are reviewed. Standard processing steps originating from semiconductor technology are detailed, and specific micromachining steps to fabricate three-dimensional mechanical structures are described. Fundamental chemical sensor principles are briefly abstracted and corresponding state-of-the-art examples of microfabricated chemical sensors and biosensors are given. The advantages and disadvantages of either fabricating devices in IC fabrication technology with additional microfabrication steps, or of using custom-designed nonstandard microfabrication process flows are debated. Finally, monolithic integrated chemical and biological microsensor systems are presented, which include transducer structures and operation circuitry on a single chip.