一种跨尺寸光聚合微纳加工光路

本申请涉及微纳加工增材制造，尤其涉及一种跨尺寸光聚合微纳加工光路。

背景技术：

1、增材制造技术具有高复杂几何结构、设计自由度和短设计周期的特点，随着现代科学技术的飞速发展，其在新一代信息技术、生物技术、新材料、高端装备等领域表现出巨大潜力。而传统增材制造技术虽然在打印宏观尺寸结构方面发挥了重要作用，但其制造精度有限，难以满足微细、精密制造领域对打印精度的苛刻要求，如在生物领域、微流控芯片的打印精度要求达到微米量级。在微纳光学领域，光子晶体的晶格周期的打印精度要求达到百纳米量级，这对高精度微纳增材制造提出了迫切要求，而高精度微纳加工又面临着大尺度高效率的挑战。

2、因此，亟需一种分辨率高、效率高的加工光路。

技术实现思路

1、本申请提供了一种跨尺寸光聚合微纳加工光路，以解决现有的加工光路中制备效率和分辨率难以兼顾的技术问题。

2、本申请提供的跨尺寸光聚合微纳加工光路，包括：纳米级超精细加工光学系统、亚微米级大尺寸加工光学系统和原位实时检测光学系统；其中，纳米级超精细加工光学系统包括：沿激光束输出方向依次设置的飞秒激光器、第一透镜、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、第一分光镜、第二分光镜和高数值孔径物镜；第二分光镜和高数值孔径物镜均设置在待加工样品的上方；纳米级超精细加工光学系统被配置为对待加工样品进行纳米级超精细加工；亚微米级大尺寸加工光学系统包括：沿激光束输出方向依次设置的纳秒激光器、电动快门、半波片、偏振分光镜、扩束透镜组，第三分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和柱面镜；柱面镜与第二分光镜相对，柱面镜被配置为将出射的激光传送至第二分光镜；亚微米级大尺寸加工光学系统被配置为对待加工样品进行亚微米级大尺寸加工；原位实时检测光学系统包括：监测光源、准直透镜、第一二向色镜、第二二向色镜、聚焦透镜和ccd；第二二向色镜被配置为将监测光源产生的监测光反射至第一分光镜；原位实时检测光学系统被配置为通过监测光监测纳米级超精细加工光学系统和亚微米级大尺寸加工光学系统对待加工样品的加工过程。

3、在一些可行的实现方式中，飞秒激光器被配置为发出飞秒激光；第一分光镜和第二分光镜均为半透半反射光学镜片，第一分光镜被配置为反射飞秒激光，并透射监测光；第二分光镜被配置为透射飞秒激光和监测光，并反射纳秒激光器发出的纳秒激光。

4、在一些可行的实现方式中，空间光调制器被配置为控制飞秒激光的光斑位置、形状或图案中的一种或多种；高数值孔径物镜被配置为将飞秒激光聚焦到待加工样品内部。

5、在一些可行的实现方式中，飞秒激光器的脉冲宽度小于500fs，平均功率大于20w，光束质量小于1.4。

6、在一些可行的实现方式中，纳秒激光器被配置为发出纳秒激光；其中，纳秒激光器的波长为355nm；半波片和偏振分光镜被配置为调节透过的纳秒激光的偏振激光能量；扩束透镜组包括至少一个扩束透镜，扩束透镜组被配置为增大纳秒激光的光斑直径以及减小纳秒激光的发散角度。

7、在一些可行的实现方式中，第一反射镜和第二反射镜分别设置在第三分光镜的两侧，第三分光镜被配置为将纳秒激光分为两束后分别发射至第一反射镜和第二反射镜，并接收第一反射镜和第二反射镜的返回光，以形成纳秒激光双光束干涉条纹；其中，第一反射镜和第二反射镜接收到的纳秒激光的光程和能量均相等。

8、在一些可行的实现方式中，监测光源为led光源；准直透镜被配置为准直监测光。

9、在一些可行的实现方式中，样品控制平台，被配置放置待加工样品；其中，样品控制平台的重复定位精度小于100nm。

10、在一些可行的实现方式中，运动控制系统，与样品控制平台和高数值孔径物镜相连，被配置为控制样品控制平台移动或旋转，以及在亚微米级大尺寸加工光学系统或原位实时检测光学系统处于工作状态下，控制高数值孔径物镜移动至纳秒激光或监测光的光路外。

11、在一些可行的实现方式中，激光器控制器，分别与飞秒激光器、纳秒激光器和电动快门相连，被配置为控制飞秒激光器和纳秒激光器的输出功率以及控制电动快门的通断。

12、本申请提供的跨尺寸光聚合微纳加工光路，包括纳米级超精细加工光学系统、亚微米级大尺寸加工光学系统以及原位实时检测光学系统三大部分，在进行制备时，通过两条聚合加工光路的配合，无需大范围移动样品控制平台，即可在整套光学系统实现高分辨率及大尺寸一体化微纳结构加工。该光路集成了纳米级超精细加工光学系统、亚微米级大尺寸加工光学系统、原位实时检测光路、运动控制系统等，能实现具有大结构尺寸以及高精度的光聚合加工的工业化应用，可对加工过程的精确控制和灵活调节，满足不同应用场景下的加工需求，同时满足分辨率和制备效率的要求，适合在实际生产中推广。

技术特征：

1.一种跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，包括：纳米级超精细加工光学系统、亚微米级大尺寸加工光学系统和原位实时检测光学系统；

2.根据权利要求1所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求8所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求1所述的跨尺寸光聚合微纳加工光路，其特征在于，还包括：

技术总结
本申请提供一种跨尺寸光聚合微纳加工光路，包括纳米级超精细加工、亚微米级大尺寸加工和原位实时检测光学系统，纳米级超精细加工光学系统包括：飞秒激光器、第一、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、第一、第二分光镜和高数值孔径物镜；亚微米级大尺寸加工光学系统包括：纳秒激光器、电动快门、半波片、偏振分光镜、扩束透镜组、第三分光镜、第一、第二、第三、第四反射镜和柱面镜；原位实时检测光学系统包括：监测光源、准直透镜、第一、第二二向色镜、聚焦透镜和CCD；通过两条聚合加工光路的配合，无需大范围移动样品控制平台，即可在整套光学系统实现高分辨率及大尺寸一体化微纳结构加工，同时满足分辨率和制备效率的要求。

技术研发人员：关晨,王晓飞,翟瑞占
受保护的技术使用者：山东省科学院激光研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23