飛秒激光雙光子聚合技術,作為一種新型的bottom-up加工方式,具有工作環(huán)境簡單、分辨率高以及靈活性高等優(yōu)勢,并被廣泛應用于微光學器件、微機械、微流體器件等領域。在漫長的進化過程中,自然界中許多生物具有了隨外界環(huán)境變化而發(fā)生形變的能力,在殘酷的環(huán)境中獲得更多的生存優(yōu)勢。效法自然,許多研究者在生物的形變中得到啟發(fā),研制出了各種受外界環(huán)境控制的可變形結構。Janus是羅馬神話中的一尊“雙面神”,他的腦袋前后各有一副面孔,一副看著過去,一副注視未來,代表著矛盾與對立。與之對應,我們將兩側具有不同的化學或物理性質的結構稱為雙面神結構。特別的,當雙面神結構的兩側在不同的外界環(huán)境中存在膨脹系數(shù)的差異,那么結構整體就會表現(xiàn)出受外界環(huán)境控制的形狀變化,所以加工雙面神結構是實現(xiàn)結構形變的重要途徑。本文主要研究利用飛秒激光雙光子聚合技術加工可形變的雙面神微柱。本文首先提出了一種簡單、靈活的方法,將飛秒激光聚焦在pH敏感的水凝膠中,以此制備受pH驅動的形狀可調的雙面神微柱。該微柱由pH敏感的水凝膠聚合而成,其體積可隨pH值的變化而變化。當pH值小于9時,水凝膠結構發(fā)生收縮,反之則膨脹。通過控制掃描路徑,使... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１飛秒激光雙光子聚合加工三維結構示意圖

用非線性過程導致電子激發(fā)，這種非線性過程就包括由飛秒激光極高的能量峰值??密度導致的多光子吸收［１１］。??圖１．３所示是寬帶隙的材料中被電子激發(fā)的單光子吸收與多光子吸收的過程??示意圖。一般的吸收過程為線性的單光子吸收。當入射激光的單光子能量比特定??材料的帶隙能大時，單個光子會被吸收，并激發(fā)一個電子從價帶躍遷至到導帶。??當入射光攜帶的單光子能量比帶隙能小時，就無法激發(fā)電子，此時，材料中便沒??有單光子吸收發(fā)生。但是，當超高密度的光子同時碰撞材料時，即使單個光子的??能量小于帶隙能，電子也會被多個光子激發(fā)。這種特性就是多光子吸收。由于飛??３??

雖然３６１ｎｍ己經(jīng)突破了光學極限，但是在微納加工領域，對分辨率的要求??通常遠高于這個數(shù)值，但是通過結合上述非線性多光子吸收，飛秒激光加工的分??辨率還可以進一步提升【１（）］。如圖１．４所示，當加工過程是基于單光子吸收時，被??加工材料所吸收的激光能量分布與光斑的能量分布基本相同。但是發(fā)生多光子吸??收時，由于靠近光斑邊緣的能量較低，無法激發(fā)多光子吸收，所以吸收能量的分??布就比光斑能量的分布要窄的多。實際上，吸收能量分布的寬度會隨著所吸收光??子數(shù)的增加而逐漸降低，如下式所示：??４??


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