[实用新型]一种紧凑型双光子3D打印机及打印系统

说明书

本实用新型公开一种紧凑型双光子3D打印机及打印系统，包括水平单元和竖直单元；水平单元光路描述为：激光经分光立方体后分为两路分光：一路分光照预留外接监控；另一路分光照射分光片，一部分透射分光片后被功率计接收，另一部分经分光片反射进入XY二维振镜，经XY二维振镜反射进入所述竖直单元；光开关位于光路的任意位置；竖直单元光路描述为：经XY二维振镜反射的激光由二向色镜反射进入物镜，通过物镜将其聚焦到固定在样品架上的样品上，进行双光子3D打印；照明光源发出的照明光照明样品，样品的打印图像透过二向色镜和成像透镜后在CMOS相机成像。本实用新型的光路设计合理，结构紧凑，体积小。

技术领域

本实用新型涉及双光子3D打印技术，尤其涉及一种紧凑型双光子3D打印机及打印系统。

背景技术

双光子3D打印，又称为飞秒激光诱导双光子聚合3D打印，是一种极具潜力的新型的激光直写3D打印技术，可以应用在许多高精尖领域，如：微纳光子学、微电子系统、微流控、生物医学以及微型器件等。

飞秒激光是一种脉冲激光，一般单脉冲持续时间在几十到几百飞秒量级；双光子聚合是一种光固化效应，某些材料分子在吸收两个相同或不同波长光子后会发生聚合效应，从液态转换为固态；激光直写是指控制激光焦点，在二维平面或三维空间内进行逐点扫描加工。

双光子3D打印是一种强大的微纳加工技术，可以实现100nm级甚至更精细的精密结构加工。一个典型的双光子打印系统由以下几个部分组成：

(1)一台飞秒激光器；

(2)一个扫描系统；

(3)光学聚焦器件；

(4)一个光强控制元件以及一个光开关；

(5)一台安装有控制软件的电脑。

激光束由飞秒激光器发出，经过光强控制元件和光开关，由光学聚焦器件紧聚焦到光刻胶内部，焦点处的光刻胶会发生双光子聚合效应从而由液态转变为固态，通过软件控制扫描系统使得激光焦点在光刻胶内部逐层扫描，实现3D打印。

目前，商业化的双光子3D打印机大多基于扫描显微镜改进而来，其本体多由一台商业化的显微镜组成，在显微镜的基础上还需要添加振镜、监控、照明以及相应的光路，因此整套结构十分臃肿，需要根据其光学组件对系统进行重构。

实用新型内容

本实用新型提供了一种紧凑型双光子3D打印机，其结构紧凑，体积是现有商业化的双光子3D打印机体积的二分之一左右。

具体技术方案如下：

一种紧凑型双光子3D打印机，包括水平单元和竖直单元；

所述水平单元包括：光开关、分光立方体、分光片、功率计、XY二维振镜；

其光路描述为：激光经分光立方体后分为两路分光：一路分光预留外接监控；另一路分光照射分光片，一部分透射分光片后被功率计接收，另一部分经分光片反射进入XY二维振镜，经XY二维振镜反射进入所述竖直单元；所述光开关位于光路的任意位置；

所述竖直单元包括：二向色镜、物镜、XY轴电动平移台以及固定其上的样品架、照明光源、成像透镜、CMOS相机；

其光路描述为：经XY二维振镜反射的激光由二向色镜反射进入物镜，通过物镜将其聚焦到固定在样品架上的样品上，进行双光子3D打印；照明光源发出的照明光照明样品，样品的打印图像透过二向色镜和成像透镜后在CMOS相机成像。

本实用新型的光路设计合理，结构紧凑，体积较小。