双光子加工
双光子聚合激光直写
双光子聚合激光直写
双光子聚合激光直写是一种高分辨率三维纳米加工技术，它利用激光聚焦的原理，通过控制激光的光强和聚焦位置，使光子在聚焦点处产生非线性吸收，从而实现高分辨率的三维纳米加工。
一、双光子聚合激光直写的原理
双光子聚合激光直写利用的是双光子吸收效应，即两个光子同时被吸收，使得分子或原子处于激发态，从而引起化学反应。
在聚焦点处，激光的光强足够高，可以使得两个光子同时被吸收，从而实现纳米加工。
二、双光子聚合激光直写的应用
双光子聚合激光直写技术在生物医学、纳米材料、光电子学等领域都有广泛的应用。
在生物医学领域，可以用于制造三维生物芯片、仿生材料等；在纳米材料领域，可以用于制造纳米结构、纳米器件等；在光电子学领域，可以用于制造光学器件、光电子芯片等。
三、双光子聚合激光直写的优势
与传统的纳米加工技术相比，双光子聚合激光直写具有以下优势：
1. 高分辨率：双光子聚合激光直写可以实现亚微米级别的加工精度，比传统的纳米加工技术更加精细。
2. 三维加工：双光子聚合激光直写可以实现三维加工，可以制造出具有复杂形状的纳米结构。
3. 非接触式加工：双光子聚合激光直写是一种非接触式加工技术，可以避免加工过程中的机械损伤。
4. 可控性强：双光子聚合激光直写可以通过控制激光的光强和聚焦位置来实现加工的精度和形状，具有很强的可控性。
综上所述，双光子聚合激光直写是一种具有广泛应用前景的高分辨率三维纳米加工技术，具有高分辨率、三维加工、非接触式加工和可控性强等优势。
双光子飞秒激光三维加工的工艺流程
双光子飞秒激光三维加工的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!双光子飞秒激光三维加工是一种高精度、高效率的加工技术，广泛应用于微纳制造、生物医学、光电子等领域。
双光子聚合光刻技术
双光子聚合光刻技术1. 原理和工作方式：双光子聚合光刻技术利用了非线性光学效应，通过在聚合物材料中聚焦两束具有高能量密度的激光光束，实现了纳米尺度的光刻。
这两束激光光束的光子能量不足以分解聚合物，但当它们同时聚焦在一个极小的区域内时，它们的能量叠加，使得该区域内的聚合物发生光化学反应，形成固化的结构。
2. 优势和特点：双光子聚合光刻技术相比传统的单光子光刻技术具有以下优势和特点：高分辨率，双光子聚合光刻技术可以实现亚微米甚至纳米级的分辨率，使得制造出的微纳结构更加精细。
三维加工，由于双光子聚合光刻技术可以在聚合物体积内部进行光刻，因此可以实现复杂的三维结构，如微型光学元件、微流体芯片等。
无需光掩膜，传统的单光子光刻技术需要使用光掩膜进行图案转移，而双光子聚合光刻技术可以直接通过计算机控制激光束的位置和强度来实现图案的制造，无需光掩膜，降低了制造成本和制造周期。
材料适应性广，双光子聚合光刻技术适用于多种聚合物材料，包括有机聚合物、无机-有机杂化材料等，具有较高的材料适应性。
3. 应用领域：双光子聚合光刻技术在多个领域有广泛的应用，包括但不限于：微纳光学器件制造，双光子聚合光刻技术可用于制造微透镜阵列、微透镜、光波导等微纳光学器件。
微流控芯片制造，双光子聚合光刻技术可用于制造微流控芯片中的微通道、微反应器等结构，实现微流体控制和生物分析。
生物医学应用，双光子聚合光刻技术可以制造微纳米结构的生物芯片、组织工程支架等，用于细胞培养、组织修复和生物传感等领域。
纳米光子学研究，双光子聚合光刻技术可以制造纳米级别的光子晶体、光子带隙材料等，用于研究光子学性质和纳米光子学器件。
总结起来，双光子聚合光刻技术是一种高分辨率、三维加工能力强的纳米加工技术，具有广泛的应用前景。
它在微纳光学器件制造、微流控芯片制造、生物医学应用和纳米光子学研究等领域发挥着重要作用。
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
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。
双光子光刻技术原理
双光子光刻技术原理
x
《双光子光刻技术原理》
一、什么是双光子光刻？
双光子光刻（Two-Photon Absorption Lithography，TPAL）是
一种新型的微纳米结构制造技术，它具有非常高的分辨率，可以在空间上实现三维结构的精细制作，在技术上具有先进性和实用性，因此成为未来生物医学研究和技术发展中非常重要的一环。
二、双光子光刻的原理
双光子光刻原理是指在特定材料上，使用双光子共振效应同时吸收两个光子，形成高能量离子的过程。
当这两个光子同时吸收时，物质中的电子会受到足够的耦合效应，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成空间分辨率极高的微纳米结构。
具体地说，双光子光刻的工作原理是，先将一定能量的双光子束照射到特定材料上，如高分子材料。
当双光子束照射到特定材料上时，材料的电子会受到共振效应，这时会同时吸收两个光子，使用户能量上升至可以出现离子效应的高能量状态，这样就可以形成微纳米结构。
三、双光子光刻的应用
双光子光刻是一种非常先进的制造技术，它具有高分辨率、低热量和低污染等特点，因此可以应用于电子器件、生物医学、纳米技术和微纳米工程等领域。
例如，它可以用来制造微型机械设备、微型电子元件和微电路；也可以用来制造生物传感器、生物显微镜、生物过
滤器等。
另外，由于双光子光刻的分辨率高，它还可以用来制造纳米结构，如纳米晶体、纳米管和纳米探针等。
双光子技术的原理和应用
双光子技术的原理和应用1. 引言双光子技术是一种基于光学的非线性效应的技术，它利用两束光子的相互作用实现特定的功能。
本文将介绍双光子技术的基本原理，并探讨其在不同领域的应用。
2. 双光子技术的原理双光子技术的原理基于非线性光学效应，其中最重要的效应是双光子吸收效应。
双光子吸收是指两束光子同时与物质相互作用，能量被共享，从而引起非线性光学效应。
2.1 双光子吸收过程双光子吸收是比单光子吸收更复杂的过程。
在双光子吸收过程中，两束光子的能量相互作用，从而引发光子能量的共振吸收。
这种过程需要满足一定的条件，包括光子的频率、能量和激发态的能级结构等。
2.2 双光子激发的原理双光子激发是双光子吸收过程的直接结果。
通过双光子激发，可以改变物质的能级结构和电子态。
双光子激发过程的强度和能量可以通过调节光子的频率和强度来控制。
3. 双光子技术的应用领域双光子技术在多个领域有着广泛的应用。
以下列举了几个典型的应用领域：3.1 生物医学领域双光子显微镜是生物医学领域中最常见的应用之一。
它可以通过双光子吸收效应实现高分辨率、无损伤的活体显微成像。
双光子显微镜在细胞和组织的研究中发挥着重要作用，为生物学家和医学研究人员提供了独特的观察手段。
3.2 光子计算机双光子技术在量子计算领域也有着重要的应用。
双光子操控和激励的特性使其成为实现光子计算机的重要组成部分。
光子计算机具有高速、高效的特点，与传统的电子计算机相比具有巨大的优势。
3.3 光通信系统双光子技术在光通信领域中也有广泛的应用。
双光子激光器和调制器可以提供更高的传输速率和更低的损耗。
双光子技术不仅可以提高光纤通信的性能，还可以实现更大容量的光通信系统。
3.4 材料科学双光子技术在材料科学领域中也发挥着重要的作用。
通过双光子吸收效应，可以实现材料的特定激发和光学性能调控。
这在材料制备、光电器件等方面有重要的应用价值。
4. 结论由于其特殊的原理和广泛的应用领域，双光子技术在当今科学领域中越来越受到关注。
双光子技术的原理及应用
双光子技术的原理及应用前言双光子技术是一种基于量子力学原理的新型光学技术，它利用低能量、超快速的激光脉冲产生的双光子效应，实现了很多传统光学方法所无法实现的功能。
本文将介绍双光子技术的原理以及其在各个领域的应用。
原理双光子技术的原理基于量子力学的超快速过程，主要包括以下几个方面：1.双光子吸收：双光子吸收是指两个光子几乎同时被一个激发态的原子或分子吸收。
在传统的光学中，光子与物质的相互作用是单光子吸收，而双光子吸收则是两个光子几乎同时被物质吸收。
这种过程需要满足一定的能量和动量守恒关系。
2.被激辐射的双光子发射：双光子激发还可以引起双光子的辐射，这在传统的光学中是不可能实现的。
双光子辐射是指一个激发态的原子或分子在光子碰撞下同时发射两个光子。
3.非线性光学效应：双光子技术利用了非线性光学效应，而传统光学则是基于线性光学理论。
非线性光学效应是指光与物质相互作用时，光的输出与输入之间不是简单的比例关系。
通过调整光的强度、频率和相位等参数，可以实现一系列非线性效应，如频率倍增、非线性折射和光学相位共轭等。
应用双光子技术在各个领域都有广泛的应用，下面将分别介绍几个典型的应用场景。
生物医学1.双光子显微镜：双光子显微镜是一种高分辨率、无损伤的生物成像技术。
它利用双光子吸收效应，通过调控激光脉冲的强度和频率，可以实现对生物样品的深层次显微观察，对活体细胞、组织甚至整个小动物的三维结构和功能进行研究。
2.光合成研究：双光子技术可以应用于光合成研究中。
通过双光子激发，可以提供足够的能量给叶绿素分子，激发出叶绿素的激发态，从而研究光合作用的机制和动力学过程。
材料科学1.量子点材料：双光子技术可以用于研究和制备量子点材料。
通过调控激光脉冲的参数，可以实现对量子点的精确定位和操控，进而研究其光电性能和应用。
2.光学器件加工：双光子技术可以实现高分辨率的光学器件加工。
利用双光子吸收效应，可以在材料表面产生微细结构，如光子晶体、微透镜和微型通道等，用于光子学、光电子学和光学通信等领域。
双光子激光扫描荧光显微镜及其应用
表 1 几种常见荧光分子的单光子 、双光子 和三光子的吸收截面 3 [5 ]
荧光分子
δ1 (λ/ nm) / 10 - 16cm2
ηδ2 (700nm)
/ 10 - 50cm4·s / 光子
ηδ3 (700nm) / 10 - 83cm6·s2/ 光子2
DAPI free
113 (345nm)
Dansy1
TWO PHOTON LASER SCANNING FL UORESCENCE MICROSCOPY AND ITS APPL ICATIONS
CHEN De2Qiang XIA An2Dong WAN G Ke2Yi HUAN G Wen2Hao
( Depart ment of Precision M achi nery and Inst rument ation , U niversity of Science and Technology of Chi na , Hef ei 230026)
图 1 单 、双光子激发过程示意图
图 2 单 、双光子激发所形成的荧光形貌 (样品为罗丹明 B 的水溶液. 上为单光子激发 ,下为双光子激发)
3 材料的吸收截面 δ
吸收截面 δ是双光子激发现象的重要参数 , 它 的大小反映了分子吸收双光子的本领. 对单光子激 发中的吸收截面 δ已有较为准确的文献记载 , 而对 双光子乃至多光子吸收截面 δ,目前尚缺乏全面 、准 确的记载. 因此 ,对常用的荧光分子多光子吸收截面 δ和光谱的进一步研究 , 将有助于多光子激发共焦 激光扫描荧光显微镜的进一步广泛应用.
·232 ·
2 双光子激发原理简介
在激光照射下 ,基态荧光分子或原子吸收一个 光子后成为激发态 ,随后又弛豫到某一基态 ,同时以 光子形式释放能量而发出荧光. 这一过程就是通常 的单光子激发情况. 1931 年 ,Maria G ppert - Mayer 预言一个分子或原子可以在同一个量子过程中 ,同 时吸收两个光子而成激发态 ,这种情况就是双光子 激发过程[2 ] . 1961 年 , Kaiser 等在 CaF2 ∶Eu2 + 晶体 中首次观察到了这种双光子激发现象[3 ] . 图 1 简单 地描述了这种双光子激发的过程. 比如在单光子激 发情形 ,NADH 酶在 350nm 的光激发下产生 450nm 的荧光 ,而在双光子激发情形 , NADH 酶则需同时 吸收两个 700nm 的光子才能产生 450nm 的荧光. 这 就是说 ,双光子技术可以使我们无需使用紫外光源
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为何能突破衍射极限
• 光强依赖性 • 双光子聚合明显的阈值性 • 聚焦后的激光强度在空间上呈高斯或类高
斯分布
双光子聚合加工系统
双光子聚合加工的应用
加工系统：锁模钛宝石飞秒振荡器,脉宽150fs,中心波长780nm,重复频 率76MHz. 激光由一个数值孔径NA = 1. 4 的物镜聚焦. 实验所用的树脂 (型号为SCR500,由日本的JSR公司生产),该树脂对近红外波长是透明的, 允许钛宝石激光入射到树脂深处 纳米牛尺度：长10μm,高7μm，最细微部分的尺寸为120nm，是目前世 界上人工制作的最小动物模型。它的大小和人体红血球差不多
飞秒激光微纳加工的类型
激光烧蚀( ablation) 微加工
激光烧蚀利用了飞秒激光高强度和短脉冲的特点,它具有比长脉冲激 光(如调Q的Nd: YAG激光)优秀得多的加工效果
双光子聚合( two photopoly2 merization)加工
双光子聚合制备三维微纳结构是飞秒激光微纳加工中最独特也是最 具有应用前景的一种方法,它的原理是利用光与物质相互作用的非线 性双光子聚合作用获得远小于衍射极限的加工尺寸
运用FIB 的溅射与沉积功能，可以将某一处的连 线断开，或将某处原来不相接的部分连接起来
FIB 修改过的集成电路
FIB 的应用
• 光刻掩模板缺陷的修复
两大类掩模缺陷：遮光缺陷与透光缺陷
光学掩模缺陷修补前后比较
FIB 的应用
• 制作透射电镜样品
无论透射电镜（TEM） 还是扫描透射电镜（STEM）都需要制作非 常薄的样品，以便电子能够穿透样品，形成电子衍射图像。传统 的制作TEM样品的方法是机械切片研磨，用这种方法只能制作大 面积样品。采用FIB则可以对样品的某一局部“切片” 观察
掺杂sp iropyran分子的聚甲基丙烯酸甲酯 ( PM2MA) 是一种光反应变色材料， 通过双光子 吸收过程在样品中产生折射率的改变，从而实现 高质量的微结构。
光反应变色材料的最大特点在于其光学可逆性， 利用光学辐照，可以使反应后的产物重新恢复到 反应前的状态，所以这种材料在可擦写光学信息 存储、波导写入等领域具有巨大的应用潜力
飞秒激光微纳加工
双光子聚合加工
• 双光子吸收采用具有超短和超强特性的飞秒激光 作为光源
• 具有两方面的新颖特性:
①双光子吸收是长波吸收短波发射的过程,激发光对介质 穿透率高,可有效地减少介质对激发光吸收等过程的耗 散和破坏,并能用可见光或近红外光来激励那些原本需 要远紫外光才能激发的体系
②由于材料的双光子吸收与激发光强的平方密切相关,因 而在紧密聚焦的条件下,双光子吸收仅局限在物镜焦点 处空间体积约为λ3 (λ为入射光波长)的小范围空间内
加工原理示意
制备纳米颗粒
• 利用溶胶- 凝方法产生掺金(Au)离子SiO2 /TiO2 玻璃薄膜,
• 对之进行双光子吸收操作后形成了金纳米 颗粒阵列
• 掺钛( Ti)离子的光聚合树脂( urethane acrylate)进行双光子聚合,在聚合物结构上 产生了TiO2 纳米颗
高密度存储
• 原理一
飞秒激光加工技术
飞秒激光具有脉冲宽度窄(几个到上百个飞秒) 、峰值功率高(最高可达到拍 瓦量级)的特性. 从常规飞秒激光振荡器输出的激光经聚焦后可在焦点处得到 1011 —1012W / cm2 量级的功率密度,而从飞秒激光放大器中得到的聚焦峰 值功率则可以达到1020W / cm2 ,甚至可达到1021W / cm2 。
液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成 的离子源。液态金属离子源的基本结构如图’ 所示。目前商用FIB 系统的 粒子束是从液态金属镓中引出，由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良 好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓
液态金属离子源结构示意图
FIB 的应用
• 集成电路芯片的修改
FIB 的应用
• 多用途微切割工具
FIB像一把尖端只有数十nm 的手术刀。任何一个部位溅
射剥离或沉积材料。
准晶中空气孔的平均直径为80 nm、最近邻空气孔的孔心距离 约为170 nm ,刻蚀深度约为150 nm
高密度存储
• 原理二
利用双光子吸收和共焦原理，三维光学高密信息存储技 术可实现在直径120 mm、厚度10 mm 的光盘上存储 200 GB 的数据,用并行方法读出,速度达Gbit/ s
共焦光学系统具有三维分层扫描成像能力，有效地避免 邻层的干扰，并且与CD 播放机有极好的兼容性，成为 重要的三维光学数据读出方法
国内的应用研究
泵浦源输出波长为532nm 的连续光；飞秒激光器为钛-蓝宝石飞秒激光 器，在4.2W 泵浦源的条件下，稳定输出功率为560mW，频率为 82MHz，波长为796nm，飞秒激光脉宽约30fs，单脉冲能量约8nJ。 796nm 红外飞秒激光经过倍频器(BBO)后波长变为398nm 的紫 外光，倍频器的输出功率为100mW。
聚焦离子束（ FIB ）加工
• 原理
FIB技术是利用静电透镜将离子束聚焦成极小尺 寸的显微加工技术，聚焦离子束（FIB） 在电 场作用下可被加速或减速，以任何能量与靶材 发生作用，并且在固体中有很好的直进性；离 子具有元素性质，因此FIB与物质相互作用时 能产生许多可被利用的效应。所以，FIB被广 泛应用在离子束曝光、注入、刻蚀、沉积、镀 膜、抛光、钻孔和研磨等领域