[发明专利]多层微观结构、微过滤筛装置的制备方法及相应制备装置

说明书

本发明公开了多层微观结构、微过滤筛装置的制备方法及相应制备装置。所述多层微观结构的制备方法为：被准直扩束的飞秒激光聚焦到载有待光刻的光刻胶的硅基底上，硅基底作为反射界面产生反射光束，并与硅基底上的入射光束发生自干涉，形成双光子聚合焦点；当入射光束为高斯分布，双光子聚合焦点产生在所述光刻胶与硅基底界面附近，总光强达到最强，在焦点附近的所述光刻胶的聚合物同时吸收两个光子发生光致聚合反应，形成与干涉光场光强分布相似的固化点；驱动硅基底带动所述光刻胶移动，使所述光刻胶上的固化点积累成型。本发明利用光束自干涉激发双光子聚合反应，形成可调节的具有亚微米尺度的三维多层结构。

技术领域

本发明涉及微纳米加工技术领域，尤其涉及一种多层微观结构的制备方法、一种实现所述多层微观结构的制备方法的制备装置、一种实时观测所述多层微观结构的制备方法的光刻胶加工过程的观测方法、一种采用所述多层微观结构的制备方法的微过滤筛装置的制备方法、一种实现光刻胶加工过程的观测方法的观测设备、一种实现微过滤筛装置的制备方法的微过滤筛装置的制备装置。

背景技术

飞秒激光表面微纳加工技术优势显著，因加工精度高、灵活性好、低热损伤等优点应用前景广阔。飞秒激光双光子聚合技术(TPP)可以轻松实现更高的沿光轴方向分辨率，可以利用双光子聚合制备三维微纳结构是飞秒激光微纳加工中最独特也是最具有应用前景的一种方法。TPP技术被认为是经济和灵活的无掩模手段，可以突破有限的衍射空间分辨率并制造内部3D微观结构。其工作原理是利用光与物质相互作用的非线性双光子聚合作用，由于在加工过程中能量主要分布在焦点中心的位置，因此可以加工小于衍射极限尺寸的微纳尺度的结构，能够实现任意形状的三维微纳结构，在微流道、微机电、仿生学等国内外高端科学研究领域有着广泛应用。

然而飞秒激光双光子聚合方法最大的问题在于效率低下，需要通过逐点扫描聚合材料进行加工，所以加工时间较长。此外，受制于聚焦原理，双光子聚合加工在轴向上的加工分辨率受限于微米级别，难以在轴向上加工亚微米尺寸结构。许多亚微米结构可以通过干涉光刻、纳米印刷光刻和TPP制造。然而，制造具有精确调制和高效率制备的三维多层微观结构仍然是一项挑战。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中依赖于光栅扫描的紧密聚焦激光、单独飞秒激光加工和直写技术存在缺陷的技术问题，提供一种多层微观结构的制备方法、一种实现所述多层微观结构的制备方法的制备装置、一种实时观测所述多层微观结构的制备方法的光刻胶加工过程的观测方法、一种采用所述多层微观结构的制备方法的微过滤筛装置的制备方法、一种实现光刻胶加工过程的观测方法的观测设备、一种实现微过滤筛装置的制备方法的微过滤筛装置的制备装置。本发明采用入射光束和反射光束自干涉激发双光子聚合反应，形成可调节的具有亚微米尺度的三维多层结构，将结构置于微管道中用来制作微过滤筛装置筛选纳米级别颗粒。

本发明采用以下技术方案实现，一种多层微观结构的制备方法，其包括以下步骤：

根据一个待制作的图案生成多个不同随机初始相位的全息图，由此形成一个目标光场；

对飞秒激光进行扩束；

在所述目标光场下，对扩束后的飞秒激光进行调制；

将调制后的光束引进行准直；

被准直扩束的光束聚焦到载有待光刻的光刻胶的硅基底上，硅基底作为反射界面产生反射光束，并与硅基底上的入射光束发生自干涉，形成双光子聚合焦点；当入射光束为高斯分布，所述双光子聚合焦点产生在所述光刻胶与硅基底界面附近，总光强达到最强，在焦点附近的所述光刻胶的聚合物同时吸收两个光子发生光致聚合反应，形成与干涉光场光强分布相似的固化点；

驱动硅基底带动所述光刻胶移动，使所述光刻胶上的固化点积累成型，从而实现三维多层结构的制造成型，得到所述多层微观结构。