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飛秒激光雙光子聚合加工技術(shù)具有高精度、真三維、工藝簡單等特色，可以實(shí)現(xiàn)分辨率突破光學(xué)衍射極限的微納米三維結(jié)構(gòu)的打印，被廣泛用于聚合物、有機(jī)-無機(jī)混合材料、生物相容材料的加工。但是該加工技術(shù)基于逐點(diǎn)格柵掃描的加工模式加工效率較低，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精微納米工程實(shí)驗(yàn)室吳東教授課題組利用空間光調(diào)制技術(shù)將光場調(diào)制為一個(gè)圖形化光場，從而進(jìn)行單次曝光加工，這種加工方式極大提高了二維圖形化結(jié)構(gòu)的加工效率。但是，單純使用空間光調(diào)制器調(diào)制出的圖形化光場會(huì)受到斑點(diǎn)噪聲的影響，因此該課題組又提出通過一種時(shí)域平均的方法來消除斑點(diǎn)噪聲，得到信噪比較好的圖形化光場（如圖1），再進(jìn)行曝光加工，從而實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量二維結(jié)構(gòu)的圖形化光場投影加工。
圖1 圖(a)(b)(c)為SLM生成圖形化光場，(d)(e)(f)為時(shí)域平均后的圖形化光場
圖2 SLM控制單點(diǎn)掃描得到的里約奧運(yùn)會(huì)LOGO
圖形化光場投影加工雖然可以快速加工二維微納米結(jié)構(gòu)，但是缺乏加工三維結(jié)構(gòu)的能力，針對這一缺陷，該課題組通過在空間光調(diào)制器上加載驅(qū)動(dòng)信號，可以控制焦點(diǎn)在三維方向上的移動(dòng)，同時(shí)，通過對閃耀光柵和球面波因子函數(shù)的編碼排序，實(shí)現(xiàn)了飛秒激光焦點(diǎn)沿著預(yù)設(shè)的三維路線上的可控掃描加工，并對掃描工藝參數(shù)進(jìn)行了定量化研究，從而實(shí)現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)的單點(diǎn)掃描加工（如圖2）。
該課題組通過提出基于空間光調(diào)制技術(shù)的單點(diǎn)掃描加工和圖形化投影加工雙模態(tài)加工方式，成功在保留三維微納米加工能力的基礎(chǔ)上，提高了實(shí)際的加工效率。下一步將進(jìn)一步深入研究將焦點(diǎn)控制掃描加工與圖形化面型光場曝光加工相結(jié)合的方式，應(yīng)用到快速加工一些包含二維和三維的復(fù)雜的微納結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
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