飛秒激光雙光子聚合技術是一種可以突破光學衍射極限實現百納米級別加工分辨率的微納米加工技術,因為其能夠實現任意形狀微納米結構的真三維加工,這種技術被廣泛應用于包括微納機械、微納光學、微流體、生物傳感、組織工程、細胞工程等在內的諸多領域。目前基于該技術的研究熱點方向主要包括:1.優(yōu)化技術參數,如提升分辨率、加工效率等;2.基于三維微納米結構實現微納研究領域的各種功能應用。本論文以空間光調制技術為基礎,研究了貝塞爾(Bessel)光束這一特殊長距離無衍射光場在高數值孔徑物鏡聚焦下的傳播特性,并利用這種聚焦的環(huán)形光場實現了可控微環(huán)結構加工,基于這種微環(huán)結構研究了其作為細胞支架、微過濾器、微腔等在細胞工程、微流體、微納光學領域的應用。傳統飛秒激光雙光子加工是以單束飛秒激光結合三維移動平臺或掃描振鏡實現逐點逐層掃描的串行加工方式,其加工效率低,難以實現快速高效加工。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)加工三維微管結構的加工技術。本論文通過對Bessel全息圖的參數調控和加工參數優(yōu)化,實現了一系列復雜三維微管/微環(huán)狀結構加工,該方法實現了傳統光刻工藝很難實現的變截面結構加工,為環(huán)狀結...

【文章頁數】：146 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 緒論
    1.1 飛秒激光技術與非線性效應
    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用
        1.3.1 微納米光學
        1.3.2 微納米機械
        1.3.3 細胞組織工程
        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發(fā)展現狀
        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容
第2章 空間光調制技術及貝塞爾光的傳播特性
    2.1 空間光調制技術
        2.1.1 空間光調制器
        2.1.2 硅基液晶空間光調制器的相位校正
        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用
        2.2.1 貝塞爾光概念
        2.2.2 貝塞爾光的產生及應用
    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 貝塞爾光在高數值孔徑物鏡下的聚焦特性
    2.4 本章小結
第3章 可控飛秒激光貝塞爾光束調制及微管類結構加工
    3.1 飛秒貝塞爾光束雙光子聚合加工系統及微管類結構加工研究
        3.1.1 微管類結構的加工方法及主要應用
        3.1.2 飛秒激光貝塞爾光束雙光子聚合加工系統
        3.1.3 實驗參數分析及全息圖生成
        3.1.4 微管類加工參數優(yōu)化及加工結果統計分析
    3.2 可控飛秒激光貝塞爾光束調制
        3.2.1 整體壓縮全息圖相位深度實現光場調控原理
        3.2.2 部分壓縮全息圖相位深度實現光場調控原理
    3.3 動態(tài)全息加工變截面微管結構
        3.3.1 壓縮全息圖相位深度實現等壁厚管道加工
        3.3.2 動態(tài)全息加工變截面微管結構
    3.4 本章小結
第4章 變截面微管陣列用作細胞支架
    4.1 生物細胞支架結構的研究背景
        4.1.1 水凝膠為基礎的細胞培養(yǎng)
        4.1.2 幾何受限環(huán)境下的細胞培養(yǎng)
    4.2 動態(tài)全息方法制備細胞支架結構
        4.2.1 生物兼容性細胞支架結構的制備
        4.2.2 細胞捕獲進入微管的方法
    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)境內的生長特性
    4.4 本章小結
第5章 針頭內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 傳統微流控器件應用領域及加工方法
        5.1.2 新型集成式微流控系統研究進展
    5.2 針頭內微管陣列集成方法
        5.2.1 針頭內部雙光子聚合加工參數研究
        5.2.2 微管陣列結構排布形式對結構的影響
    5.3 微過濾器件的性能表征
        5.3.1 微過濾器內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
第6章 全息雙光子聚合加工環(huán)形回音壁模式微腔
    6.1 回音壁模式光學諧振腔
        6.1.1 回音壁模式光學微腔的原理及主要參數
        6.1.2 回音壁模式微腔加工方法
        6.1.3 回音壁模式微腔應用領域
    6.2 光學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研究
        6.3.2 環(huán)形管道內的回音壁模式檢測及理論分析
    6.4 本章小結
第7章 總結與展望
    7.1 本論文的主要研究內容
    7.2 研究工作的創(chuàng)新之處
    7.3 論文工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3849622