雙光子聚合加工技術通過將激光束聚焦到材料內(nèi)部,可實現(xiàn)真正的三維快速原型加工,其加工精度可達微納級。從其加工過程來看,聚合結構的成型是按照“點、線、面、體”的順序進行的。這里的點對應著每次曝光后形成的體元,體元呈橢球形;線為多個體元連接成的直線或曲線;體元線按照特定的加工路徑構成平面;多個平面沿高度方向累積就形成了最終的結構。由此可見,體元是構成最終聚合結構的基礎,體元的空間姿態(tài)（包括體元大小、位置和角度）將直接影響著聚合結構的表面質(zhì)量、力學性能等。雖然對于聚合后體元大小的研究已經(jīng)很多,但是關于體元尺寸的具體變化過程、初始加工位置的定位、體元角度對于加工結果的影響進行的研究比較少。其次,目前的報道中,多是僅提到加工了何種類型的結構,而鮮有涉及加工后的結構尺寸與設計尺寸的一致性問題。再次,雖然雙光子聚合加工具體很多優(yōu)勢,但是加工效率普遍較低,并且受體元自身尺寸和分層方法的影響,加工的二維/三維結構都會存在難以消除的誤差,因此需要新的,更高效的路徑規(guī)劃方案來兼顧加工效率和表面質(zhì)量。最后,雙光子聚合加工過程是光、機、電系統(tǒng)相互結合共同作用的結果,需要控制激光器、機械快門、激光功率、運動平臺和實... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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聚焦處的光強分布

吉林大學博士學位論文2圖1.1聚焦處的光強分布3.脈沖持續(xù)時間短，加工過程中熱影響小飛秒激光的工作過程被認為是無熱影響的過程，這是因為飛秒激光輻照后，電子分布達到熱平衡的時間要遠小于能量傳遞的時間。因此，只有很小一部分的激光脈沖能量轉(zhuǎn)化為熱，從而可以實現(xiàn)非熱加工[6,7]。飛秒激光的這一特性減弱了連續(xù)激光或長脈沖激光帶來的熱融化等負面影響。Chichkov等人[8]通過實驗驗證了這一現(xiàn)象，如圖1.2所示，分別使用脈沖寬度為200飛秒和3.3納秒的脈沖激光在100厚的鋼箔上鉆孔，結果表明，前者得到的燒蝕孔邊界清楚，熱損傷區(qū)域很�。▓D1.2a），而后者的邊界模糊（圖1.2b），這是由于熔化在燒蝕孔周圍產(chǎn)生的嚴重影響。因此飛秒激光具有良好的空間選擇性。圖1.2短脈沖激光與長脈沖激光燒蝕結果對比4.加工對象廣飛秒激光在與材料相互作用時一般以非線性吸收為主，而多光子吸收程度與材料中的自由電子濃度無關，只與材料本身的原子特性有關。因此，對于脈沖持續(xù)時間極短和峰值功率極高的飛秒激光可以對多種類型材料進行加工，而與加工對象是何種材料和材料本身特性關系不大[9]。RuitingHuang等人[10]通過飛秒激光對水凝膠聚合物進

取?飛秒激光的這些特性決定了其在微納加工、激光燒蝕和材料改性等方面都得到廣泛的應用和發(fā)展[18]�；陲w秒激光的雙光子聚合加工技術即為一種常用的微納加工技術。雙光子聚合過程實際上包含了雙光子吸收和光聚合兩個過程。雙光子吸收這一概念是由Geppert-Mayer[24]于1931年最先提出的，它是指當介質(zhì)材料受到強光激發(fā)時，基態(tài)電子有可能同時吸收兩個光子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。這在當時只是理論上的預測，并沒有得到驗證。直到30年后才由Kaiser和Garret首次通過實驗驗證了這種現(xiàn)象[25]。雙光子吸收是相對于單光子吸收而言的，圖1.3所示為單光子吸收和雙光子吸收過程的對比。單光子吸收是指介質(zhì)分子吸收一個能量為hν1的光子，從基態(tài)0躍遷到激發(fā)態(tài)1的過程；而雙光子吸收是指介質(zhì)分子同時吸收兩個能量為hν2的光子，從基態(tài)0經(jīng)虛態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)1、2或，再經(jīng)過無輻射躍遷回到激發(fā)態(tài)1的過程[26]。圖1.3單光子吸收和雙光子吸收

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本文編號：3127840