[发明专利]一种基于三线态上转换的激光制造方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于三线态上转换的激光制造方法及其应用。该方法包括：根据选取的敏化剂、湮灭剂、光引发剂和聚合单体制备光敏材料；根据微纳结构的加工文件，采用激发光按预设的移动轨迹对光敏材料进行辐照，加工得到微纳结构所需的所有生长结构；其中，在各移动轨迹点处的激发光辐照作用下，敏化剂分子吸收激发光发出的光能量跃迁至三线态，湮灭剂分子吸收三线态敏化剂分子能量后发生能级跃迁至三线态，处于三线态的湮灭剂分子之间相互碰撞发生湮灭，光引发剂分子用于吸收湮灭能量后跃迁到三线态，处于三线态的光引发剂分子裂解产生活性物质，与聚合单体相互作用，引发单体固化。本发明能实现低功率、低成本和高精度的微纳结构加工。

技术领域

本发明属于激光制造技术领域，更具体地，涉及一种基于三线态上转换的激光制造方法及其应用。

背景技术

激光微纳加工是一项重要的激光应用，可以实现微米级或纳米级别的微小结构制备，广泛应用于光学成像、光学芯片、光学存储和光通信等领域中。激光直写光刻是实现微纳加工的一种重要方法，其光学原理多为高功率飞秒激光诱导的双光子聚合。此外，根据阿贝衍射极限公式，高精度、小尺寸的微纳结构制备需要更短波长的激光器作为加工光源。短波长(尤其是紫外波段)激光器价格十分昂贵，限制了激光直写技术在微纳加工领域的大规模应用。

因此需要研究一种新的激光制造方法实现低功率、低成本和高精度的微纳结构制备。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于三线态上转换的激光制造方法及应用，能实现低功率、低成本和高精度的微纳结构加工。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于三线态上转换的激光制造方法，用于微纳结构加工，包括如下步骤：

(1)选取光聚合材料和具有基于三线态-三线态湮灭的光学上转换特点的三线态上转换材料，根据所述光聚合材料和所述三线态上转换材料制备光敏材料；其中，所述三线态上转换材料包括敏化剂和湮灭剂，所述光聚合材料包括光引发剂和聚合单体；

(2)根据所述微纳结构的加工文件，采用功率密度小于100mW·cm^-1的激发光按预设的移动轨迹对所述光敏材料进行辐照，加工得到所述微纳结构所需的所有生长结构；

其中，在各移动轨迹点处的激发光辐照作用下，所述敏化剂分子用于吸收激发光发出的光能量跃迁到激发态，然后通过系间窜越的方式跃迁至三线态；所述湮灭剂分子用于吸收三线态敏化剂分子能量后发生能级跃迁至三线态，处于三线态的湮灭剂分子之间相互碰撞发生湮灭；所述光引发剂分子用于吸收湮灭能量后跃迁到激发态，然后通过系间窜越跃迁至三线态，处于三线态的光引发剂分子裂解产生活性物质；所述活性物质与聚合单体相互作用，引发聚合单体固化，完成对微纳结构一生长结构的加工。

在其中一个实施例中，所述敏化剂选用摩尔消光系数高于10⁴L·mol^-1·cm^-1、吸收波段与激发光波长相匹配、系间窜越效率大于95％、寿命大于微秒量级且三线态能量高于所述湮灭剂分子三线态能量的材料。

在其中一个实施例中，所述湮灭剂选用寿命大于微秒量级、荧光量子产率大于95％且其单线激发态能量低于两倍其三线态能量的材料。

在其中一个实施例中，湮灭剂采用稠环芳香烃，所述稠环芳香烃包括萘及其衍生物、二联苯及其衍生物和三联苯及其衍生物。

在其中一个实施例中，所述敏化剂和所述湮灭剂的组合形式为：