作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所有机纳米光子学实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
三维(3D)无机微纳结构在光子学、量子信息、航空航天、能源等领域发挥着重要作用。利用传统制备方法获得的无机微结构通常分辨率较低和形貌不可控。因此,3D无机微纳结构的精确可控制备成为亟待解决的难题。激光加工具有高精度、形貌可控等优势,能够实现真3D、高分辨、多尺度复杂3D微纳结构的制备,解决3D无机微纳结构的精确可控制备难题。本文综述了激光加工制备无机微纳结构的研究进展,首先讨论了连续激光和超快脉冲激光加工方式,重点针对飞秒激光加工技术,阐述了基于纯无机材料体系、有机-无机杂化体系,以及聚合物模板法等制备3D无机微纳结构的方法。随后,总结了近年来激光加工3D无机微纳结构在光学器件、量子芯片、信息存储与防伪、航空航天以及仿生结构等领域的应用。最后,展望了激光加工3D无机微纳结构的未来发展趋势。
三维无机微纳结构 激光加工 飞秒激光 光与物质相互作用 微型器件 
激光与光电子学进展
2024, 61(19): 1900001
作者单位
摘要
1 上海理工大学 健康科学与工程学院,上海200093
2 上海理工大学 机械工程学院,上海00093
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海20009
为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。
光学加工 数控系统 非均匀有理B样条 曲线拟合 刀具路径 optical fabrication numberical control system non-uniform rational B-spline curve fitting tool path 
光学 精密工程
2024, 32(5): 704
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川绵阳621900
全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一,其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素,建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型,揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律;提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法,建立基于小工具的子口径修正方法,实现了抛光盘形状误差的在位定量修正;提出抛光盘表面钝化状态的监测方法,研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明:抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征,采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑;通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差,可显著提升元件的面形精度;随着抛光盘表面的逐渐钝化,元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6(λ=632.8 nm),提升了元件的面形控制效率和精度。
光学加工 全口径环形抛光 面形误差 影响规律 控制方法 optical fabrication full-aperture continuous polishing surface figure influencing principle control method 
光学 精密工程
2024, 32(3): 333
作者单位
摘要
吉林大学电子科学与工程学院,吉林 长春 130012
飞秒激光直写光波导是实现三维光子集成芯片(PIC)的重要技术手段。PIC集成度的提升受弯曲波导曲率半径的限制。为了实现大曲率低损耗弯曲波导的飞秒激光直写,提出多次激光修饰增强波导芯层与包层折射率对比度的方法来优化芯层的横截面折射率分布。在20 mm曲率半径下,实现S型弯曲波导低至0.64 dB/cm的弯曲损耗。该方法在降低弯曲波导损耗方面拥有巨大潜力,对于提升PIC的集成度具有重要意义。
光学制造 光波导 飞秒激光直写 大曲率 弯曲损耗 截面控制 
中国激光
2024, 51(16): 1602403
Jianbin Zhang 1†Hubiao Fang 1Pan Wang 1,2Wei Fang 1,2[ ... ]Limin Tong 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Interdisciplinary Center for Quantum Information, New Cornerstone Science Laboratory, State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, China
2 Jiaxing Key Laboratory of Photonic Sensing & Intelligent Imaging, Intelligent Optics & Photonics Research Center, Jiaxing Research Institute Zhejiang University, Jiaxing, China
3 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan, China
An optical micro/nanofiber (MNF) is a quasi-one-dimensional free-standing optical waveguide with a diameter close to or less than the vacuum wavelength of light. Combining the tiny geometry with high-refractive-index contrast between the core and the surrounding, the MNF exhibits favorable optical properties such as tight optical confinement, strong evanescent field, and large-diameter-dependent waveguide dispersion. Meanwhile, as a quasi-one-dimensional structure with extraordinarily high geometric and structural uniformity, the MNF also has low optical loss and high mechanical strength, making it favorable for manipulating light on the micro/nanoscale with high flexibility. Over the past two decades, optical MNFs, typically being operated in single mode, have been emerging as a miniaturized fiber-optic platform for both scientific research and technological applications. In this paper, we aim to provide a comprehensive overview of the representative advances in optical MNFs in recent years. Starting from the basic structures and fabrication techniques of the optical MNFs, we highlight linear and nonlinear optical and mechanical properties of the MNFs. Then, we introduce typical applications of optical MNFs from near-field optics, passive optical components, optical sensors, and optomechanics to fiber lasers and atom optics. Finally, we give a brief summary of the current status of MNF optics and technology, and provide an outlook into future challenges and opportunities.
micro/nanofibers fabrication optical properties mechanical properties optical applications 
Photonics Insights
2024, 3(1): R02
作者单位
摘要
1 流体动力基础件与机电系统全国重点实验室,浙江大学机械工程学院,浙江 杭州 310027
2 极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
3 萨本栋微米纳米科学技术研究院,厦门大学机电工程系,福建 厦门 361102
柔性微纳传感器的新兴发展对先进制造技术提出了更高要求。其中,激光融合制造充分集成激光增材、等材、减材加工形式,凭借高精度、非接触、机理丰富、灵活可控、高效环保、多材料兼容等特点突破了传统制造在多任务、多线程、多功能复合加工中的局限,通过激光与物质相互作用实现跨尺度“控形”与“控性”,为各类柔性微纳传感器的结构-材料-功能一体化制造开辟了新途径。本文首先分析激光增材、等材与减材制造的技术特点与典型目标材料,展示激光融合制造的技术优势,接着针对近年来激光融合制造在柔性物理、化学、电生理与多模态微纳传感器中的典型应用展开讨论,最后对该技术面临的挑战以及未来发展趋势进行了总结与展望,通过多学科交叉互融,开辟柔性微纳传感器制造新路径,拓展激光制造技术的应用场景。
激光融合制造 激光-物质相互作用 微纳制造 柔性电子 柔性微纳传感器 
中国激光
2024, 51(4): 0402403
作者单位
摘要
吉林大学电子科学与工程学院,吉林 长春 130012
具有刺激响应形变功能的微结构能够通过外界刺激信号获取能量,进而发生机械形变,在自动化技术、微小机器人技术、微流控芯片等领域具有巨大的前沿应用潜力。然而,现有的智能微结构的研制很大程度上依赖于智能材料及其成型技术,不仅受限于为数不多的材料体系,而且局限在单一的刺激响应形变。基于此,提出利用飞秒激光双光子增材制造技术在形状记忆薄膜上加工蛋白质微结构阵列的新方法,实现了微结构阵列尺寸和周期的双重响应形变。微结构阵列在热处理下被机械拉伸定性,实现了结构周期的调控,该过程可在热刺激下恢复;同时,牛血清白蛋白微结构可以在不同pH值的条件下表现为可逆的溶胀和收缩形变。智能材料与形状记忆基底相结合可以赋予微结构阵列更加复杂可控的双重响应形变。本文制备了微结构阵列和微透镜阵列,展示了双重响应下的结构变化和功能调谐,为智能化微结构阵列在微流控系统中的应用作出了有益的探索。
飞秒激光直写 微透镜 蛋白质 微纳加工 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114010
季凌飞 1,2,3,*孙伟高 1,2,3林真源 1,2,3周博昊 1,2,3[ ... ]王冠强 1,2,3
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室,北京 100124
3 北京市激光应用技术工程技术研究中心,北京 100124
随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激光与物质相互作用基本机制入手,着重介绍了当前超快激光在柔性电子领域的四种典型特征功用及其研究现状,并据此总结该领域超快激光应用所面临的挑战和未来发展趋势。
超快激光 柔性电子 微纳加工 
激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114005
Yuanxin Tan 1,3,4Haotian Lv 1Jian Xu 2,*Aodong Zhang 2[ ... ]Ya Cheng 2,3,***
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Provincial Engineering and Technical Center of Light Manipulations & Shandong Provincial Key Laboratory of Optics and Photonic Device, School of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China
2 XXL—The Extreme Optoelectromechanics Laboratory, School of Physics and Electronics Science, East China Normal University, Shanghai 200241, China
3 Joint Research Center of Light Manipulation Science and Photonic Integrated Chip of East China Normal University and Shandong Normal University, East China Normal University, Shanghai 200241, China
4 Collaborative Innovation Center of Light Manipulation and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
To improve the processing efficiency and extend the tuning range of 3D isotropic fabrication, we apply the simultaneous spatiotemporal focusing (SSTF) technique to a high-repetition-rate femtosecond (fs) fiber laser system. In the SSTF scheme, we propose a pulse compensation scheme for the fiber laser with a narrow spectral bandwidth by building an extra-cavity pulse stretcher. We further demonstrate truly 3D isotropic microfabrication in photosensitive glass with a tunable resolution ranging from 8 μm to 22 μm using the SSTF of fs laser pulses. Moreover, we systematically investigate the influences of pulse energy, writing speed, processing depth, and spherical aberration on the fabrication resolution. As a proof-of-concept demonstration, the SSTF scheme was further employed for the fs laser-assisted etching of complicated glass microfluidic structures with 3D uniform sizes. The developed technique can be extended to many applications such as advanced photonics, 3D biomimetic printing, micro-electromechanical systems, and lab-on-a-chips.
simultaneous spatiotemporal focusing technique pulse compensation pulse stretcher 3D isotropic fabrication chemical etching 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 230066
作者单位
摘要
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。
激光加工 复合基底 润湿性调控 自组装 laser fabrication composite substrates wettability control self-assembly 
应用激光
2023, 43(4): 61

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