作者单位
摘要
1 暨南大学 光子技术研究院 广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 511443
2 中国科学院理化技术研究所 仿生智能界面科学中心 有机纳米光子学实验室,北京 100190
Overview: Femtosecond laser two-photon polymerization (TPP) micro-nanofabrication technology is a new type of three-dimensional lithography technology that integrates nonlinear optics, ultra-fast pulsed laser, microscopic imaging, ultra-high-precision positioning, three-dimensional (3D) graphics CAD modeling, and photochemical materials. It has the characteristics of simplicity, low cost, high resolution, true 3D, and so on. Different from the technical route of shortening the wavelength of the traditional lithography, this TPP technology breaks through the optical diffraction limit using the ultrafast laser in the near-infrared and the nonlinear optical effect of the interaction between the laser and the material. TPP can achieve true 3D fabrication of complex 3D structures. After the femtosecond pulse laser is tightly focused in space, photopolymerization is initiated by the two-photon absorption(TPA), which can limit the fabrication area in the center of the focus. The interaction time of the ultrashort pulse with the material is much lower than the thermal relaxation of the material, avoiding the photothermal effect. The lateral linewidth can be reduced to about 100 nm due to the strong threshold characteristics of the two-photon absorption process. Thus, TPP is an ideal fabrication method in the field of 3D micro-nanostructure. Since 2001, Kawata’s team has used a near-infrared femtosecond laser with a wavelength of 780 nm to fabricate a "nanobull" with the size of red blood cells. It fully demonstrated the advantages of TPP in the preparation of three-dimensional micro-nano structures. At the same time, a polymer nanodot with a size of 120 nm was fabricated, which was only 1/7 of the laser wavelength, breaking the optical diffraction limit in this study. Since then, scientists from various countries have improved the line width, resolution, and other parameters of 3D structure by continuously improving the materials, structure, processing technology and light field control, and other aspects. At the same time, with the continuous development and improvement of the 3D nanostructure fabrication technology, the advantages of TPP technology are also reflected in some application fields, such as micro-optical devices, integrated optical devices, micro-electromechanical systems, and biomedical devices. This paper will systematically introduce the femtosecond laser TPP micro-nanofabrication technology, including the fabricating principle, the development of fabricating methods, and its research overview in many application fields. Finally, its existing problems and future development and application prospects are discussed.
飞秒激光 双光子聚合 光学衍射极限 加工分辨力 加工效率 femtosecond laser two-photon polymerization optical diffraction limit resolution efficiency 
光电工程
2023, 50(3): 220048
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院,广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 511443

光聚合微纳3D打印作为一种微纳尺度的增材制造技术,在高精度、复杂三维微纳结构的制造方面具有显著优势,已被广泛应用于微机电系统、微纳光子器件、微流体器件、生物工程领域。本文首先介绍了光聚合微纳3D打印技术的光物理/光化学原理,重点对所涉及的各种类型的打印工艺及其应用领域进行综述;然后讨论了一些前沿性的微纳3D打印方法,通过回顾和比较这些最新的技术,阐明了打印分辨率与打印效率之间的关系,以及串行扫描、并行扫描、面投影和体投影的打印模式对微纳3D打印性能的影响;最后对微纳3D打印技术进行全面总结与概述,并对其未来的发展趋势和应用前景予以展望。

激光技术 光学微加工 3D打印 双光子聚合加工 立体光固化 分辨率 打印效率 
中国激光
2022, 49(10): 1002703
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院,广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 511443

现有主流光刻技术与设备变得越来越复杂的原因之一在于其仍然囿于线性光学光刻范畴,未能突破光学衍射极限,是衍射极限附近的光刻技术。采用紫外、可见或近红外等长波长光源进行纳米光刻,必须突破光学衍射极限,实现超衍射光刻,研究和发展激光超衍射纳米光刻技术具有十分重要的科学意义和应用价值。本文从光学衍射极限的基本概念出发,系统阐述各类超衍射光刻原理与方法,重点回顾激光远场超衍射光刻相关研究成果与最新进展,并对其现存的问题和发展方向进行评述。

光刻 超衍射 激光直写 投影光刻 非线性光学 光刻分辨率 光刻效率 
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922029
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院, 北京 100049
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 401122
研究了一种基于数字微镜器件 (DMD)的数字掩模投影光刻 (DMPL)技术,以400 nm飞秒激光作为光源, 结合高缩放比投影系统,来缩小光刻胶与光子束的反应区域,通过调控不同DMD像素投影光场强度分布,将投影光刻的线宽分辨率推进至亚微米 尺度,实现了具有跨尺度加工能力(单次曝光面积在百微米以上,曝光精度在百纳米)的DMPL技术,同时详细对比分析了DMPL 中存在的几何和 物理光学模型,阐明了像素个数与加工结构尺寸的关系,并进一步基于物理光学模型分析了DMPL中极限分辨率的关键科学问题。
激光技术 仪器数字掩模投影光刻 数字微镜器件 跨尺度 飞秒激光 分辨率 laser technology instrument digital-mask projective lithography digital micromirror device cross-scale femtosecond laser resolution 
量子电子学报
2019, 36(3): 354
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院智能增材制造技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400714
利用800 nm飞秒激光光镊捕获了水中分散的银纳米颗粒,在玻璃基片表面直写银线,通过调控激光参数研究了激光功率对银线线宽及表面形貌的影响,实现了线宽为378 nm的银线直写。经过测试,直写的银线电阻率为固体银的19.88倍。此外,还利用该方法制备了银二维网格结构,体现了该技术在二维结构直写方面的良好加工能力。
激光技术 激光直写 光镊 飞秒激光 银微纳结构 
中国激光
2018, 45(4): 0402006
林乐 1,2,*郑美玲 1董贤子 1金峰 1[ ... ]段宣明 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100190
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
研究了径向偏振型飞秒脉冲激光并将其引入基于双光子吸收理论的微纳加工系统,得到了 更高纵向分辨率、更低长径比的二维微纳尺度聚合物结构。对聚焦光场内光强分布的理论模拟表 明:径向偏振型飞秒脉冲激光在提高纵向分辨率的同时会在一定程度上降低聚合物结构的横向分 辨率,使聚合物结构的长径比降低。用扫描电子显微镜表征聚合物结构得到的结果与理论模拟 结果具有良好的一致性。径向偏振型飞秒脉冲激光提高了微纳尺度聚合物结构的纵向 分辨率,在激光光刻领域有良好的应用前景。
非线性光学 纵向分辨率 双光子加工 径向偏振 微纳聚合物结构 nonlinear optics longitudinal resolution two-photon fabrication radial polarization micro/nano polymer structure 
量子电子学报
2017, 34(1): 76
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 401122
基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。 计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光 光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析。实验结果表明,在每个激光 波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子跃迁过程逐渐满足 近共振跃迁条件,双光子吸收几率逐渐增大,双光子加工的阈值逐渐降低。
激光技术 分辨率 双光子加工 聚合阈值 laser techniques resolution two-photon fabrication polymerization threshold 
量子电子学报
2014, 31(4): 472
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
变换光学基于麦克斯韦方程的形式不变性,可以任意地控制电磁场达到需要的空间分布, 是最近光学及电子工程领域的热门研究方向。从历史发展的角度回顾了变换光学概念的产生历程, 简要介绍变换光学的基本物理原理,并结合光学隐身、光学幻觉和波导工程等现代光学工程试验总结了 在当前科学和工程领域中的代表性应用。介绍近期变换光学新概念框架的进展以及在声学、热学、 量子波领域中应用的拓展,讨论变换光学未来理论和工程方面的发展方向。
变换光学 微分几何 隐身 transformation optics differential geometry invisibility cloaking 
量子电子学报
2014, 31(4): 385
李光 1,2,3,*朱江平 2,3陈铭勇 2赵立新 2[ ... ]段宣明 1
作者单位
摘要
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对现有离轴检焦技术在浸没式光刻方法中的局限性,提出了一种新的基于干涉的同轴检焦方法。测量光通过光刻物镜入射到硅片表面,在硅片表面反射后再次经过光刻物镜后,测量光和参考光产生干涉条纹,并被CCD接收,从而将硅片的离焦量信息调制在干涉条纹的相位信息中。通过对干涉条纹的相位提取,即可获得硅片的离焦量。仿真结果表明,该方法可以达到λ/25(λ=632.8 nm)的检焦精度,并具有良好的抗噪性,满足浸没式光刻高精度、实时、非接触焦面测量的要求。
测量 同轴检焦 干涉 傅里叶变换 离焦量 
中国激光
2013, 40(12): 1208005
作者单位
摘要
1 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院 研究生院, 北京 100190
采用3维压电微移动台高速扫描方式控制曝光时间与高精密转台精确控制圆形渐变衰减片以控制曝光功率两种方法,曝光时间和曝光功率可分别精确控制至0.02 ms和7 pW。通过精确控制聚合阈值附近处的曝光时间和曝光功率,分别在玻璃基板上获得了35 nm和45 nm的聚合物纳米线条,分别为所使用激光波长的1/22和1/17。实验结果表明,当曝光时间或曝光功率在加工阈值附近时,曝光时间和功率的微量减少会使聚合线宽急剧下降。
飞秒激光 双光子加工 线宽分辨力 聚合阈值 聚合度 femtosecond laser two-photon fabrication line width resolution polymerization threshold degree of polymerization 
强激光与粒子束
2011, 23(7): 1780

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