基于贝塞尔光束的飞秒激光动态全息加工微环结构及其应用研究
发布时间：2023-10-01 23:11
飞秒激光双光子聚合技术是一种可以突破光学衍射极限实现百纳米级别加工分辨率的微纳米加工技术,因为其能够实现任意形状微纳米结构的真三维加工,这种技术被广泛应用于包括微纳机械、微纳光学、微流体、生物传感、组织工程、细胞工程等在内的诸多领域。目前基于该技术的研究热点方向主要包括:1.优化技术参数,如提升分辨率、加工效率等;2.基于三维微纳米结构实现微纳研究领域的各种功能应用。本论文以空间光调制技术为基础,研究了贝塞尔(Bessel)光束这一特殊长距离无衍射光场在高数值孔径物镜聚焦下的传播特性,并利用这种聚焦的环形光场实现了可控微环结构加工,基于这种微环结构研究了其作为细胞支架、微过滤器、微腔等在细胞工程、微流体、微纳光学领域的应用。传统飞秒激光双光子加工是以单束飞秒激光结合三维移动平台或扫描振镜实现逐点逐层扫描的串行加工方式,其加工效率低,难以实现快速高效加工。本论文提出了一种基于特殊解析光场的高效高精度全息动态加工三维微管结构的加工技术。本论文通过对Bessel全息图的参数调控和加工参数优化,实现了一系列复杂三维微管/微环状结构加工,该方法实现了传统光刻工艺很难实现的变截面结构加工,为环状结...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 绪论
1.1 飞秒激光技术与非线性效应
1.2 飞秒激光双光子聚合原理及其特性
1.2.1 双光子吸收原理
1.2.2 飞秒激光双光子聚合原理
1.2.3 飞秒激光双光子聚合加工特性
1.3 飞秒激光双光子聚合加工的应用
1.3.1 微纳米光学
1.3.2 微纳米机械
1.3.3 细胞组织工程
1.3.4 微流体
1.3.5 超材料
1.4 飞秒激光双光子加工技术发展现状
1.4.1 双光子聚合单元的理论模型
1.4.2 飞秒激光直写光路的空间分辨率
1.4.3 飞秒激光双光子聚合的加工效率
1.4.4 提升飞秒激光并行加工的分辨率
1.5 课题的意义及主要研究内容
第2章 空间光调制技术及贝塞尔光的传播特性
2.1 空间光调制技术
2.1.1 空间光调制器
2.1.2 硅基液晶空间光调制器的相位校正
2.1.3 计算全息算法与特殊解析光场
2.2 贝塞尔光简介及其应用
2.2.1 贝塞尔光概念
2.2.2 贝塞尔光的产生及应用
2.3 贝塞尔光的传播特性
2.3.1 贝塞尔光的长距离无衍射特性
2.3.2 Debye衍射理论
2.3.3 贝塞尔光在高数值孔径物镜下的聚焦特性
2.4 本章小结
第3章 可控飞秒激光贝塞尔光束调制及微管类结构加工
3.1 飞秒贝塞尔光束双光子聚合加工系统及微管类结构加工研究
3.1.1 微管类结构的加工方法及主要应用
3.1.2 飞秒激光贝塞尔光束双光子聚合加工系统
3.1.3 实验参数分析及全息图生成
3.1.4 微管类加工参数优化及加工结果统计分析
3.2 可控飞秒激光贝塞尔光束调制
3.2.1 整体压缩全息图相位深度实现光场调控原理
3.2.2 部分压缩全息图相位深度实现光场调控原理
3.3 动态全息加工变截面微管结构
3.3.1 压缩全息图相位深度实现等壁厚管道加工
3.3.2 动态全息加工变截面微管结构
3.4 本章小结
第4章 变截面微管阵列用作细胞支架
4.1 生物细胞支架结构的研究背景
4.1.1 水凝胶为基础的细胞培养
4.1.2 几何受限环境下的细胞培养
4.2 动态全息方法制备细胞支架结构
4.2.1 生物兼容性细胞支架结构的制备
4.2.2 细胞捕获进入微管的方法
4.3 酵母菌在受限环境中的生长特性
4.3.1 酵母菌在不同直径微管内的生长特性
4.3.2 酵母菌在变截面微管提供的三维受限环境内的生长特性
4.4 本章小结
第5章 针头内集成微管阵列制备过滤器件
5.1 集成微流控器件研究背景
5.1.1 传统微流控器件应用领域及加工方法
5.1.2 新型集成式微流控系统研究进展
5.2 针头内微管阵列集成方法
5.2.1 针头内部双光子聚合加工参数研究
5.2.2 微管阵列结构排布形式对结构的影响
5.3 微过滤器件的性能表征
5.3.1 微过滤器内微管的几何特征定量表征
5.3.2 微过滤器件过滤微粒的性能表征
5.4 本章小结
第6章 全息双光子聚合加工环形回音壁模式微腔
6.1 回音壁模式光学谐振腔
6.1.1 回音壁模式光学微腔的原理及主要参数
6.1.2 回音壁模式微腔加工方法
6.1.3 回音壁模式微腔应用领域
6.2 光学回音壁模式测试方法
6.2.1 光纤锥耦合探测
6.2.2 光致荧光发光式探测
6.3 全息双光子聚合加工微腔及其中的回音壁模式表征
6.3.1 全息双光子聚合加工微腔的参数研究
6.3.2 环形管道内的回音壁模式检测及理论分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 本论文的主要研究内容
7.2 研究工作的创新之处
7.3 论文工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3849622
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 绪论
1.1 飞秒激光技术与非线性效应
1.2 飞秒激光双光子聚合原理及其特性
1.2.1 双光子吸收原理
1.2.2 飞秒激光双光子聚合原理
1.2.3 飞秒激光双光子聚合加工特性
1.3 飞秒激光双光子聚合加工的应用
1.3.1 微纳米光学
1.3.2 微纳米机械
1.3.3 细胞组织工程
1.3.4 微流体
1.3.5 超材料
1.4 飞秒激光双光子加工技术发展现状
1.4.1 双光子聚合单元的理论模型
1.4.2 飞秒激光直写光路的空间分辨率
1.4.3 飞秒激光双光子聚合的加工效率
1.4.4 提升飞秒激光并行加工的分辨率
1.5 课题的意义及主要研究内容
第2章 空间光调制技术及贝塞尔光的传播特性
2.1 空间光调制技术
2.1.1 空间光调制器
2.1.2 硅基液晶空间光调制器的相位校正
2.1.3 计算全息算法与特殊解析光场
2.2 贝塞尔光简介及其应用
2.2.1 贝塞尔光概念
2.2.2 贝塞尔光的产生及应用
2.3 贝塞尔光的传播特性
2.3.1 贝塞尔光的长距离无衍射特性
2.3.2 Debye衍射理论
2.3.3 贝塞尔光在高数值孔径物镜下的聚焦特性
2.4 本章小结
第3章 可控飞秒激光贝塞尔光束调制及微管类结构加工
3.1 飞秒贝塞尔光束双光子聚合加工系统及微管类结构加工研究
3.1.1 微管类结构的加工方法及主要应用
3.1.2 飞秒激光贝塞尔光束双光子聚合加工系统
3.1.3 实验参数分析及全息图生成
3.1.4 微管类加工参数优化及加工结果统计分析
3.2 可控飞秒激光贝塞尔光束调制
3.2.1 整体压缩全息图相位深度实现光场调控原理
3.2.2 部分压缩全息图相位深度实现光场调控原理
3.3 动态全息加工变截面微管结构
3.3.1 压缩全息图相位深度实现等壁厚管道加工
3.3.2 动态全息加工变截面微管结构
3.4 本章小结
第4章 变截面微管阵列用作细胞支架
4.1 生物细胞支架结构的研究背景
4.1.1 水凝胶为基础的细胞培养
4.1.2 几何受限环境下的细胞培养
4.2 动态全息方法制备细胞支架结构
4.2.1 生物兼容性细胞支架结构的制备
4.2.2 细胞捕获进入微管的方法
4.3 酵母菌在受限环境中的生长特性
4.3.1 酵母菌在不同直径微管内的生长特性
4.3.2 酵母菌在变截面微管提供的三维受限环境内的生长特性
4.4 本章小结
第5章 针头内集成微管阵列制备过滤器件
5.1 集成微流控器件研究背景
5.1.1 传统微流控器件应用领域及加工方法
5.1.2 新型集成式微流控系统研究进展
5.2 针头内微管阵列集成方法
5.2.1 针头内部双光子聚合加工参数研究
5.2.2 微管阵列结构排布形式对结构的影响
5.3 微过滤器件的性能表征
5.3.1 微过滤器内微管的几何特征定量表征
5.3.2 微过滤器件过滤微粒的性能表征
5.4 本章小结
第6章 全息双光子聚合加工环形回音壁模式微腔
6.1 回音壁模式光学谐振腔
6.1.1 回音壁模式光学微腔的原理及主要参数
6.1.2 回音壁模式微腔加工方法
6.1.3 回音壁模式微腔应用领域
6.2 光学回音壁模式测试方法
6.2.1 光纤锥耦合探测
6.2.2 光致荧光发光式探测
6.3 全息双光子聚合加工微腔及其中的回音壁模式表征
6.3.1 全息双光子聚合加工微腔的参数研究
6.3.2 环形管道内的回音壁模式检测及理论分析
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 本论文的主要研究内容
7.2 研究工作的创新之处
7.3 论文工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3849622
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