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
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
针对目前双面微器件加工方法步骤繁琐、效率低的问题,提出基于改进Gerchberg-Saxton(GS)算法的全息双面光刻方法,使用单个光源在玻璃基底的上下表面同时曝光,进行双面图形的制作。该方法通过计算不同轴向位置图案对应的组合全息图,并将其加载到空间光调制器(LCOS-SLM)上,对入射光场进行调制,从而在目标空间内实现双面图形重现。采用改进GS算法对距离焦面2 mm处的图案A与距离焦面4.06 mm处的图案B进行全息图计算与仿真重建。搭建实验装置,对3 mm厚透明石英玻璃基底的上下表面同时曝光,且对光场生成过程中的散斑、杂散光及串扰问题做出分析并提出解决方案,最终实现60 μm线宽双层图案曝光,验证了所提方法进行双面光刻的可行性。所提方法使用单张全息图和单个光源,通过单次曝光即可在目标体积内生成多层任意图形,极大地简化了双面图形制作的步骤。
计算全息 微纳制造 双面光刻 光场调控 全息算法 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1609001
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220567
哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院,广东 深圳 518055
超构表面为纳米光子器件赋予了更高的自由度与灵活度,使实用的微纳米光子器件的实现成为可能。基于高折射率半导体材料的介质超构表面制备技术可以和半导体集成电路的制作工艺结合,有希望在攻克超构表面大面积和高通量制备技术难题上发挥重要的作用,因此对其光场调控性能和制备工艺的研究是该领域近年来的重要发展方向。本文从硅、氮化硅和二氧化钛等介质超构表面出发,介绍了超构表面高通量制造技术的发展。此外,介绍了基于大面积制造技术实现实际应用的基于纳米光子器件的光学器件,如显示、成像、光调控器件。
光学设计 超构表面 微纳制造 高通量制造 CMOS兼容制造工艺
近几年迅速发展的光量子技术对全无机透明介质内部先进功能结构的制造提出了更高的要求。利用超快激光与物质相互作用, 选择性修饰玻璃网络并快速产生功能各异的微晶结构无疑为制造各种新型光子元件提供了一种重要手段。首先介绍了超快激光选择性晶化的基本原理以及该技术所需要的激光参数和材料特性, 比较了该技术与传统晶化方法的优势与局限, 重点讨论了在不同类型玻璃材料中诱导功能晶体结构的新现象、新机制、新应用, 包括超快激光诱导的非线性晶体、晶体型纳米光栅、量子点等前沿领域的最新成果。最后提出了对超快激光选择性晶化加工的展望。
超快激光 玻璃 选择性晶化 微纳制造 ultrafast laser glass selective crystallization micro-nano manufacturing
1 清华大学机械工程系,北京 100084
2 摩擦学国家重点实验室,北京 100084
3 清华大学化学系,北京 100084
二氧化钛兼具优异的光化学性质和光学性质,被广泛应用于能源材料、光学信息等领域的微纳功能器件中。二氧化钛的微纳加工与成形技术是二氧化钛微纳功能器件制备的关键技术基础。超快激光由于具有超短脉宽和超高能量峰值等特性而成为理想的微纳制造工具之一,近年来在二氧化钛的微纳加工领域中得到了广泛的关注。综述了超快激光加工二氧化钛微纳结构及功能器件的研究进展,包括二氧化钛的性质及应用、超快激光与二氧化钛的作用机理、二氧化钛微纳结构的超快激光加工技术,介绍了利用这些技术加工的二氧化钛光解水制氢器件、图案化结构色器件和光学加密器件等微纳功能器件,并对超快激光微纳加工技术在二氧化钛微纳结构及功能器件加工领域中的应用前景进行了展望。
激光技术 二氧化钛 微纳结构 功能器件 超快激光 微纳制造 中国激光
2022, 49(22): 2200002
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 光谷实验室,湖北 武汉 430074
3 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院,江苏 镇江 212013
微纳4D打印是微纳3D打印和智能响应材料的结合,在三维静态结构的基础上增加了材料在刺激响应下变化的新维度,为复杂微纳结构的动态调控开辟了新的路径。具有刺激响应能力的动态微纳器件在微创医学、柔性电子、光场调控等领域都有广阔的应用前景,是微纳领域的研究热点。综述了近年来微纳4D打印领域重要的研究进展和代表性的研究成果,介绍了用于微纳4D打印的典型加工技术和材料体系,系统总结了近年来磁场响应、溶剂响应、pH响应、温度响应、光响应等方面的工作,介绍了微纳4D打印技术在生物医学、微机器人等领域的应用现状和发展趋势。最后讨论分析了微纳4D打印技术当前所面临的挑战和下一步研究的重点方向。
激光技术 微纳制造 飞秒激光 4D打印 智能材料 中国激光
2022, 49(10): 1002701