飞秒激光制备高敏感度流量传感器

利用飞秒激光双光子直写技术,在微流控芯片内部集成了一款三维(3D)弹簧状流量传感器。加工的弹簧状流量传感器可以循环拉伸多次,且变形可逆。另外,不同的激光曝光能量能够加工不同厚度的弹簧状流量传感器,从而可以检测出不同范围的流速,最小可检测10-12量级的流速。该流量传感器可以用于多种微流控器件中,尤其适用于需要将流速检测与微流控器件结合的场合以及超低流速的检测应用中。     

微爆材料的飞秒激光三维光存储

飞秒激光三维光存储是实现高密度和超高密度光存储的重要方法之一。对一种新的微爆材料（以PMMA为基质掺杂Sm0.5Ce0.5（DBM）3Phen染料）的吸收光谱进行了测量和分析,以波长为514.5 nm的激光作为激光光源获得了激发前后的荧光光谱,以800 nm飞秒激光作为激发光源得到激发前后的电子旋转共振光谱特性,并分析了不同激光脉冲能量下存储数据点尺寸和存储点读出灰度值的变化情况,并实现了该材料的飞秒激光四层光信息存储,点间距为4 m,层间距为16 m,实验结果表明:这种材料可以很好地应用于三维光信息存储。     

基于飞秒激光的可运动微结构加工与旋转驱动

微驱动技术由于驱动方式的多样性和应用的广泛性,在近年来受到了越来越多的关注。本文提出一种利用飞秒激光同时实现微结构加工和旋转驱动的技术。利用双光子聚合加工直径20~30μm的微转子结构,然后结合空间光调制器调制出带有光学轨道角动量的光场,实现对微转子结构的旋转驱动,并获得了40 r/s的转动速率。详细介绍了利用飞秒激光直写技术加工可运动微转子结构的实验过程与优化参数,利用空间光调制器生成了不同拓扑荷的涡旋光,研究了其传播与聚焦特性,并用于驱动转子的顺、逆时针旋转运动。这种可控光学驱动技术在微流控、光镊技术、靶向药物运输、细胞动态行为等领域具有广阔的应用前景。     

飞秒激光加工水凝胶双面神微柱及其应用

利用双面神结构实现形状转换是一种非常重要的方法。提出了一种通过控制飞秒激光扫描次数在pH敏感的水凝胶中制备形状可调的双面神微柱的方法,并探讨了该方法在信息加密、解密及显示方面的应用。结果表明:通过改变环境的pH值可使微柱表现出可逆的结构变形;激光打印技术的高灵活性使得微柱的空间布局、高度以及弯曲方向都能被灵活地控制,从而实现多种形状可转换的有序图案。     

二维零位光栅自动纳米定位系统

搭建了能够在二维方向上实现纳米级定位的二维自动定位系统。首先,加工了栅格间距为5 μm的64×64编码的透射式二维零位光栅;然后,分析设计了光栅系统光电转换电路和数据控制电路,实现了系统数据采集、显示和运动控制等功能。在此基础上搭建了基于二维零位光栅的纳米定位系统,并利用积分法实现了二维方向的自动定位。实验结果表明,系统定位速度对透射光强分布具有很高的依赖性,系统一次定位的成功率与初始位置密切相关。若起始位置在以零位为中心,半径为2.5 μm圆形区域内,系统可实现纳米量级定位对准;当起始位置在以零位为中心,5~200 μm为半径的圆环范围内,自动定位可能存在盲点,但通过改变初始位置重新进行搜索,仍然能够准确地实现纳米定位。     

水凝胶支架的飞秒激光全息加工

为了实现以水凝胶为材料的细胞支架快速加工,将计算全息法引入传统的飞秒激光双光子加工中,并对全息图的生成方法和全息图对加工结构的影响进行了研究。首先,根据贝塞尔光波动方程和其透射函数生成贝塞尔光束全息图,分析两种参数对环形结构大小和质量的影响。然后利用生成的全息图加工得到壁厚800nm、直径为8~15μm不等的水凝胶(PEGDA)圆管结构。最后,实现了基于圆管道的水凝胶细胞支架高效快速加工,支架中圆管道壁厚800nm、直径为8μm。本文首次将飞秒激光全息加工技术应用于水凝胶三维支架加工,解决了飞秒激光单点加工效率的问题。该技术在生物医学中具有广阔的应用前景。     

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。     

用于DVD光学头的三焦点单片物镜设计

为了兼容CD、DVD、HD-DVD3种盘片．设计了适用于780、650、405nm^3个波长的二元衍射面和非球面相结合的单片物镜,3个波长对应的物镜数值孔径分别为0．45、0．60和0．65。介绍了单物镜实现三焦点原理;论述了二元衍射面和非球面的设计理论和结构参数,即二元衍射面刻环区域被分割成两个同心环形区域,根据谐衍射原理,每个区域对不同的波长设定不同的衍射级次;最后,根据光学头物镜的性能评价参数,应用ZEMAX软件进行理论模拟和公差分析。结果表明,所设计的物镜波像、波前均方差分别〈0．07λ和0．035λ,空间截止频率〉1200cycle／mm,曲率半径和厚度公差为300nm,能满足实际应用的技术要求。