基于飞秒激光的双面神微柱加工与应用研究

发布时间：2021-06-06 05:16

　　飞秒激光双光子聚合技术,作为一种新型的bottom-up加工方式,具有工作环境简单、分辨率高以及灵活性高等优势,并被广泛应用于微光学器件、微机械、微流体器件等领域。在漫长的进化过程中,自然界中许多生物具有了随外界环境变化而发生形变的能力,在残酷的环境中获得更多的生存优势。效法自然,许多研究者在生物的形变中得到启发,研制出了各种受外界环境控制的可变形结构。Janus是罗马神话中的一尊“双面神”,他的脑袋前后各有一副面孔,一副看着过去,一副注视未来,代表着矛盾与对立。与之对应,我们将两侧具有不同的化学或物理性质的结构称为双面神结构。特别的,当双面神结构的两侧在不同的外界环境中存在膨胀系数的差异,那么结构整体就会表现出受外界环境控制的形状变化,所以加工双面神结构是实现结构形变的重要途径。本文主要研究利用飞秒激光双光子聚合技术加工可形变的双面神微柱。本文首先提出了一种简单、灵活的方法,将飞秒激光聚焦在pH敏感的水凝胶中,以此制备受pH驱动的形状可调的双面神微柱。该微柱由pH敏感的水凝胶聚合而成,其体积可随pH值的变化而变化。当pH值小于9时,水凝胶结构发生收缩,反之则膨胀。通过控制扫描路径,使... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１飞秒激光双光子聚合加工三维结构示意图

用非线性过程导致电子激发，这种非线性过程就包括由飞秒激光极高的能量峰值??密度导致的多光子吸收［１１］。??图１．３所示是宽带隙的材料中被电子激发的单光子吸收与多光子吸收的过程??示意图。一般的吸收过程为线性的单光子吸收。当入射激光的单光子能量比特定??材料的带隙能大时，单个光子会被吸收，并激发一个电子从价带跃迁至到导带。??当入射光携带的单光子能量比带隙能小时，就无法激发电子，此时，材料中便没??有单光子吸收发生。但是，当超高密度的光子同时碰撞材料时，即使单个光子的??能量小于带隙能，电子也会被多个光子激发。这种特性就是多光子吸收。由于飞??３??

虽然３６１ｎｍ己经突破了光学极限，但是在微纳加工领域，对分辨率的要求??通常远高于这个数值，但是通过结合上述非线性多光子吸收，飞秒激光加工的分??辨率还可以进一步提升【１（）］。如图１．４所示，当加工过程是基于单光子吸收时，被??加工材料所吸收的激光能量分布与光斑的能量分布基本相同。但是发生多光子吸??收时，由于靠近光斑边缘的能量较低，无法激发多光子吸收，所以吸收能量的分??布就比光斑能量的分布要窄的多。实际上，吸收能量分布的宽度会随着所吸收光??子数的增加而逐渐降低，如下式所示：??４??


本文编号：3213686