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基于飞秒激光双光子吸收的三维微纳加工系统的研究

孙桂婷  
【摘要】:因为良好的微纳结构是很多前沿科学产生重大突破的前提,所以探索微纳结构的制作方法目前已经成为世界各国的研究热点。由于飞秒激光的平均能量较低,而单个脉冲的瞬时能量较高,当经过较高的数值孔径的透镜聚焦时,在激光焦点区域内发生双光子吸收聚合反应。即引发材料发生相应的物理或者化学变化。 本文的主要工作是搭建飞秒激光微纳加工系统,它是一个集计算机辅助设计与计算机辅助制作为一体的技术平台。它是快速成型技术的一种。本系统结合高速振镜技术与纳米定位平台技术实现对激光焦点在材料内部实现三维方向上的扫描。其中利用高速振镜的精确地旋转来控制激光焦点在水平方向的移动。XY轴的数据变化量传输到连接了D/A转换器的I/O口上,D/A转换器出来的电压作为控制电压直接控制着高速振镜的精确旋转。纳米定位平台控制材料载体在竖直方向上的精密移动,Z轴坐标数据的变化传输到I/O口直接作为控制电压连接到纳米定位平台的控制器上直接控制纳米定位平台的精确移动。二者的密切配合能够快速精确控制激光焦点在材料内部的移动。 本文的另一个主要工作就是对飞秒激光加工系统加工数据模型的设计。主要介绍了三方面内容:1.对二维图像转换为激光加工系统能识别的数据的研究。2.将CAD软件导出的由三角形面片结构组成的STL文件,使用逐次降维的方法将其转换为坐标数据。3.使用MATLAB软件设计了一些具有特殊要求的三维结构的制作方法。 最后对飞秒激光三维微纳加工系统进行了应用。我们设计并制备了中红外波段的石墨原子晶格结构的光子晶体。在其表面化学镀镍,制成金属壳层结构的光子晶体,使用傅里叶红外光谱仪测得了它的光子带隙位置,实现了光子晶体对热辐射的调控。我们还使用一种基于溶剂响应的智能材料加工了双层机械手的结构,实现了在不同环境中机械手的张开和闭合。同时,我们结合精密三维移动技术与显微镜技术通过切换溶剂的办法实现了机械手对小球的抓取和释放。


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