双光子三维微结构快速制备技术

双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【摘要】利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构.采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15 min时,所得到的镀层厚度约为130 nm.对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测定,实验结果表明,当电镀时间为35 min时得到的镀层电阻率约为80×10-9 Ω·m,仅为银块体材料电阻率16×10-9 Ω·m的5倍.利用这种方法,我们制备了总长度为28.75 μm、周期为2.93 μm的悬空金属弹簧结构,其中弹簧圈数为9圈,直径为6 μm,弹簧线分辨率为1.17 μm.文中所述的将双光子微纳加工技术与化学镀技术相结合的方法可以实现任意三维微金属结构与器件的制备,在微光学器件、微机电系统(MEMS)及微传感器等领域有着广泛的应用前景.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】8页(P542-549)【关键词】双光子微纳加工技术;化学镀;三维金属微纳米结构【作者】贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714【正文语种】中文金属微纳结构具有表面等离子体共振［1］等新颖的物理效应，在微纳米技术的研究中占据重要的地位。

它们在光学器件、纳米电路、化学生物传感器、医疗检测诊断及生物成像等方面有巨大应用价值。

目前常用的微纳加工技术有光学曝光技术［2］、电子束曝光技术［3］、聚焦离子束曝光技术［4］以及纳米压印技术［5］等。

第５０卷　第１２期 激光与红外Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１２　２０２０年１２月 ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤＤｅｃｅｍｂｅｒ，２０２０ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２０）１２ １４１９ ０７·综述与评论·超快激光精密制造技术的研究与应用杜　洋，赵　凯，朱忠良，王　江，邓文敬，梁旭东（上海航天设备制造总厂有限公司，上海２００２４５）摘　要：超快激光以其超短的激光脉冲、超高功率密度、较低的烧蚀阈值、加工超精细及可实现冷加工等特点，近年来受到国际学术界和工程界的广泛关注。

本文梳理了超快激光精密制造技术的发展历史，综述了超快激光精密制造技术在表面加工及三维加工领域的工艺研究及应用进展，并介绍了超快激光精密制造装备在国内外的研制情况，对今后超快激光精密制造技术研究的发展趋势进行了探讨和展望。

关键词：超快激光；精密制造；微纳结构；装备中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２０．１２．００１ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤＵＹａｎｇ，ＺＨＡＯＫａｉ，ＺＨＵＺｈｏｎｇ ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇ，ＤＥＮＧＷｅｎ ｊｉｎｇ，ＬＩＡＮＧＸｕ ｄｏｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒｆｅａｔｕｒｅｓｕｌｔｒａ ｓｈｏｒｔｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓ，ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｌｏｗａｂｌａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ，ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｃｏｌｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｉｔｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌａｃａｄｅｍｉｃａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｉｒｃｌｅｓ Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｏｆｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｏｒｔｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄ３Ｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｔｈｏｍｅａｎｄａ ｂｒｏａｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ ｆａｓｔｌａｓｅｒ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｍｉｃｒｏ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（Ｎｏ ５１７０５３２８）；上海市青年科技英才扬帆项目（Ｎｏ １７ＹＦ１４０８５００）资助。

生命科学中的双光子显微技术双光子显微技术是一种高级的显微镜技术，它通过同时使用两个光子束来观察生物体内细胞和组织的三维结构。

这种技术有着独特的优势，如高分辨率、高对比度和非侵入性等，使得它成为当前生命科学领域中非常重要的工具之一。

在传统的单光子显微技术中，激光束和标记物相互作用，产生荧光并被探测。

虽然在最初的单光子显微镜中，荧光信号可以产生成像，但是荧光光子会散开并丢失其原始位置和分辨率，这导致了成像的低分辨率和对比度不高的情况。

而双光子显微镜则通过激光束在空间和时间上相互耦合，产生极为定位的受激发事件，从而实现了非常高的空间分辨率和对比度。

双光子显微技术的优势在于其高空间分辨率和对比度，使得该技术可以直接观察高分子生物大分子的功能和交互。

这也使得该技术成为研究功能性状态和机制的理想工具之一。

由于当前研究领域中对于生物技术的研究越来越关注功能性状态和交互性，因此该技术有望不断推动生命科学领域的发展。

此外，双光子显微技术的优点还在于它可以在非致命性方式下探测和观察生物组织，对其植入没有任何影响，深度深度达到数百微米，对于神经生物学领域的研究非常重要。

传统的显微技术通常需要使用荧光标记来可视化生物组织、器官和细胞，而这些荧光标记在一定程度上会影响生物组织的行为。

而双光子显微技术则可以在不影响组织的前提下，探测它们的神经功能和分子活动。

然而，尽管双光子技术的优点非常多，但是它同样面临着一些技术性难题。

例如，在显微镜成像中，激光束的深度穿透度和探测深度都需要考虑到散射光和吸收光的影响，这些非线性影响可以认为是影响成像的最大限制。

在这种情况下，如何缓解产生的光学混叠、匹配度等问题，需要进行各种不同的系统优化和研究，同时，双光子显微技术还存在一些现实上的制约，例如它需要非常大的激光功率和较长的成像时间，这些因素都可能影响实际使用效果。

总之，双光子显微技术是当前生命科学领域中最具前景的先进成像技术之一。

尽管它还面临一些技术问题，但是通过系统的优化和改进技术，相信这将成为探索生命体系结构和功能的先锋技术。

双光子聚合技术的应用
双光子聚合技术是一种新兴的三维打印技术，它利用激光束的非线性
效应，将光子聚合成高分子材料。

这种技术具有高精度、高分辨率、
高速度等优点，被广泛应用于生物医学、微纳加工、光学器件等领域。

在生物医学领域，双光子聚合技术被用于制造复杂的三维生物组织模型。

这种技术可以将细胞和生物材料精确地定位到三维空间中，从而
实现高度仿真的生物组织模型。

这种技术可以用于研究疾病的发生机制、药物筛选、组织工程等方面。

在微纳加工领域，双光子聚合技术被用于制造微型结构和纳米器件。

这种技术可以制造出高精度、高分辨率的微型结构，如微透镜、微流
控芯片、微型机械等。

这些微型结构可以应用于生物医学、光学通信、微电子等领域。

在光学器件领域，双光子聚合技术被用于制造光学器件和光学元件。

这种技术可以制造出高精度、高分辨率的光学器件，如光栅、光学波导、微型激光器等。

这些光学器件可以应用于光通信、光学传感、光
学计算等领域。

总的来说，双光子聚合技术是一种非常有前途的三维打印技术，它具
有高精度、高分辨率、高速度等优点，被广泛应用于生物医学、微纳加工、光学器件等领域。

未来，随着技术的不断发展，双光子聚合技术将会在更多的领域得到应用，为人类带来更多的福利。

第28卷第12期2020年12月光学精密工程Optics and Precision EngineeringVol.28No.12Dec.2020文章编号1004-924X(2020)12-2629-07飞秒激光双光子聚合方法加工图案化微透镜及其成像测试苏亚辉1>2'3*,秦天天】，许兵4，吴东4(1.安徽大学电气工程与自动化学院，安徽合肥230601；2.安徽大学电子信息工程学院，安徽合肥230601；3.信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽合肥230601；4.中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230022)摘要：为改善以往图案化透镜加工工艺复杂、制造技术昂贵、图案设计方面有限制等缺点，本文将飞秒激光双光子聚合加工技术应用于图案化微透镜的快速、高精度加工。

通过球面波因子的变形设计了不同图案的微透镜，利用飞秒激光双光子聚合加工技术在光刻胶样品中加工出图案化的微透镜，然后将光刻胶样品置于显影液中去除未聚合部分，得到图案化微透镜，最后对图案化微透镜进行成像测试和光强均一化分析。

将LED光源分别置于不同图案微透镜的下方，光线透过图案化微透镜成功聚焦出光强一致的焦点图案。

实验结果表明，使用飞秒激光双光子聚合加工可以实现灵活可控的3D图案化微透镜结构的加工，采用加工功率为7mW，曝光时间为2ms，扫描xy步距为0.5pm，步距为0.8〜1.5卩m,不仅保证了微透镜结构表面光滑，而且实现了微透镜的快速加工。

该技术在加工光学超材料、光学微器件、集成光学器件等方面具有广阔的应用前景。

关键词：激光加工；飞秒激光；双光子聚合；微透镜；光刻胶中图分类号:TN249文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20202812.2629Patterned microlens processed using two-photon polymerization of femtosecond laser and its imaging testSU Ya-hui1,2,3*,QIN Tian-tian1,XU Bing4,WU Dong4(1.School of E lectrical Engineering a^id Automation，Anhui Uni r v ersity，Hefei230601，China；2.School of E lectronic Information Engineering，Anhui University，Hefei230601，China；3.AnhuiProvincialLaboratory of InformationMaterialsandlntelligentPerception，Hefei230601，China；4.Department of P recision Machinery and Precision Instrumientation，University of Science and Technolo­gy of China，Hefei230022，China)*Corresponding author，E-mail：u stcsyh@Abstract：Two-photon polymerization technology for use in a femtosecond laser was used in the rapid and high-precision processing of a patterned microlens to improve the previous shortcomings，including a com-收稿日期:2020-09-01；修订日期：2020-09-28.基金项目：安徽省高等教育学校自然科学基金重点项目(No.KJ2018A014)；中国博士后科学基金会资助项目(No.2019M662190)；中央高校基础研究经费资助项目(No.WK2090000016)2630光学精密工程第28卷plex processing technology,expensive manufacturing technology,and limited pattern design.First,three­dimensional software was used to design the microlens pattern through the deformation of the spherical wave factor,and the two-photon polymerization processing technology for a femtosecond laser was used to process the patterned microlens in the photoresist sample.The sample was then placed in a developer to re­move the unprocessed area and obtain the corresponding patterned microlens.Finally,an imaging test and a light intensity homogenization analysis of the patterned microlens were carried out.An LED light source was placed below the patterned microlens,and the light was successfully focused through the patterned mi­crolens to obtain the corresponding patterns with the same light intensity.The experiment shows that the two-photon polymerization of a femtosecond laser can realize the flexible and controllable processing of a 3D microlens structure,a processing power of7mW,an exposure time of2ms,a scanning xy-step of0.5 pm,and a z-step of 0.8-1.5pm,ensuring the smooth surface of the microlens structure and realizing a rap­id microlens processing.The two-photon polymerization technology for a femtosecond laser will play an important role in the processing field such as optical metamaterials，optical microdevices，and integrated optical devices.Key words:laser fabrication；femtosecond laser；two-photon polymerization；microlens；photoresist1引言光学器件的小型化、集成化是现代光学系统发展的重要趋势［11o近几十年来，作为一种重要的微光学器件，微透镜由于其体积小、质量轻、光学性能优异等优点在微成像［21、光束整形［31、人工复眼［41等方面的应用十分广泛。

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