飛秒激光雙光子聚合技術(shù)是一種可以突破光學(xué)衍射極限實現(xiàn)百納米級別加工分辨率的微納米加工技術(shù),因為其能夠?qū)崿F(xiàn)任意形狀微納米結(jié)構(gòu)的真三維加工,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括微納機(jī)械、微納光學(xué)、微流體、生物傳感、組織工程、細(xì)胞工程等在內(nèi)的諸多領(lǐng)域。目前基于該技術(shù)的研究熱點方向主要包括:1.優(yōu)化技術(shù)參數(shù),如提升分辨率、加工效率等;2.基于三維微納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微納研究領(lǐng)域的各種功能應(yīng)用。本論文以空間光調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ),研究了貝塞爾(Bessel)光束這一特殊長距離無衍射光場在高數(shù)值孔徑物鏡聚焦下的傳播特性,并利用這種聚焦的環(huán)形光場實現(xiàn)了可控微環(huán)結(jié)構(gòu)加工,基于這種微環(huán)結(jié)構(gòu)研究了其作為細(xì)胞支架、微過濾器、微腔等在細(xì)胞工程、微流體、微納光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)飛秒激光雙光子加工是以單束飛秒激光結(jié)合三維移動平臺或掃描振鏡實現(xiàn)逐點逐層掃描的串行加工方式,其加工效率低,難以實現(xiàn)快速高效加工。本論文提出了一種基于特殊解析光場的高效高精度全息動態(tài)加工三維微管結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)。本論文通過對Bessel全息圖的參數(shù)調(diào)控和加工參數(shù)優(yōu)化,實現(xiàn)了一系列復(fù)雜三維微管/微環(huán)狀結(jié)構(gòu)加工,該方法實現(xiàn)了傳統(tǒng)光刻工藝很難實現(xiàn)的變截面結(jié)構(gòu)加工,為環(huán)狀結(jié)...

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 緒論
    1.1 飛秒激光技術(shù)與非線性效應(yīng)
    1.2 飛秒激光雙光子聚合原理及其特性
        1.2.1 雙光子吸收原理
        1.2.2 飛秒激光雙光子聚合原理
        1.2.3 飛秒激光雙光子聚合加工特性
    1.3 飛秒激光雙光子聚合加工的應(yīng)用
        1.3.1 微納米光學(xué)
        1.3.2 微納米機(jī)械
        1.3.3 細(xì)胞組織工程
        1.3.4 微流體
        1.3.5 超材料
    1.4 飛秒激光雙光子加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.4.1 雙光子聚合單元的理論模型
        1.4.2 飛秒激光直寫光路的空間分辨率
        1.4.3 飛秒激光雙光子聚合的加工效率
        1.4.4 提升飛秒激光并行加工的分辨率
    1.5 課題的意義及主要研究內(nèi)容
第2章 空間光調(diào)制技術(shù)及貝塞爾光的傳播特性
    2.1 空間光調(diào)制技術(shù)
        2.1.1 空間光調(diào)制器
        2.1.2 硅基液晶空間光調(diào)制器的相位校正
        2.1.3 計算全息算法與特殊解析光場
    2.2 貝塞爾光簡介及其應(yīng)用
        2.2.1 貝塞爾光概念
        2.2.2 貝塞爾光的產(chǎn)生及應(yīng)用
    2.3 貝塞爾光的傳播特性
        2.3.1 貝塞爾光的長距離無衍射特性
        2.3.2 Debye衍射理論
        2.3.3 貝塞爾光在高數(shù)值孔徑物鏡下的聚焦特性
    2.4 本章小結(jié)
第3章 可控飛秒激光貝塞爾光束調(diào)制及微管類結(jié)構(gòu)加工
    3.1 飛秒貝塞爾光束雙光子聚合加工系統(tǒng)及微管類結(jié)構(gòu)加工研究
        3.1.1 微管類結(jié)構(gòu)的加工方法及主要應(yīng)用
        3.1.2 飛秒激光貝塞爾光束雙光子聚合加工系統(tǒng)
        3.1.3 實驗參數(shù)分析及全息圖生成
        3.1.4 微管類加工參數(shù)優(yōu)化及加工結(jié)果統(tǒng)計分析
    3.2 可控飛秒激光貝塞爾光束調(diào)制
        3.2.1 整體壓縮全息圖相位深度實現(xiàn)光場調(diào)控原理
        3.2.2 部分壓縮全息圖相位深度實現(xiàn)光場調(diào)控原理
    3.3 動態(tài)全息加工變截面微管結(jié)構(gòu)
        3.3.1 壓縮全息圖相位深度實現(xiàn)等壁厚管道加工
        3.3.2 動態(tài)全息加工變截面微管結(jié)構(gòu)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 變截面微管陣列用作細(xì)胞支架
    4.1 生物細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)的研究背景
        4.1.1 水凝膠為基礎(chǔ)的細(xì)胞培養(yǎng)
        4.1.2 幾何受限環(huán)境下的細(xì)胞培養(yǎng)
    4.2 動態(tài)全息方法制備細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)
        4.2.1 生物兼容性細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)的制備
        4.2.2 細(xì)胞捕獲進(jìn)入微管的方法
    4.3 酵母菌在受限環(huán)境中的生長特性
        4.3.1 酵母菌在不同直徑微管內(nèi)的生長特性
        4.3.2 酵母菌在變截面微管提供的三維受限環(huán)境內(nèi)的生長特性
    4.4 本章小結(jié)
第5章 針頭內(nèi)集成微管陣列制備過濾器件
    5.1 集成微流控器件研究背景
        5.1.1 傳統(tǒng)微流控器件應(yīng)用領(lǐng)域及加工方法
        5.1.2 新型集成式微流控系統(tǒng)研究進(jìn)展
    5.2 針頭內(nèi)微管陣列集成方法
        5.2.1 針頭內(nèi)部雙光子聚合加工參數(shù)研究
        5.2.2 微管陣列結(jié)構(gòu)排布形式對結(jié)構(gòu)的影響
    5.3 微過濾器件的性能表征
        5.3.1 微過濾器內(nèi)微管的幾何特征定量表征
        5.3.2 微過濾器件過濾微粒的性能表征
    5.4 本章小結(jié)
第6章 全息雙光子聚合加工環(huán)形回音壁模式微腔
    6.1 回音壁模式光學(xué)諧振腔
        6.1.1 回音壁模式光學(xué)微腔的原理及主要參數(shù)
        6.1.2 回音壁模式微腔加工方法
        6.1.3 回音壁模式微腔應(yīng)用領(lǐng)域
    6.2 光學(xué)回音壁模式測試方法
        6.2.1 光纖錐耦合探測
        6.2.2 光致熒光發(fā)光式探測
    6.3 全息雙光子聚合加工微腔及其中的回音壁模式表征
        6.3.1 全息雙光子聚合加工微腔的參數(shù)研究
        6.3.2 環(huán)形管道內(nèi)的回音壁模式檢測及理論分析
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 本論文的主要研究內(nèi)容
    7.2 研究工作的創(chuàng)新之處
    7.3 論文工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3849622