双光子加工课件

双光子加工课件第一页，共二十四页，2022年，8月28日飞秒激光微纳加工第二页，共二十四页，2022年，8月28日双光子聚合加工双光子吸收采用具有超短和超强特性的飞秒激光作为光源具有两方面的新颖特性:

①双光子吸收是长波吸收短波发射的过程,激发光对介质穿透率高,可有效地减少介质对激发光吸收等过程的耗散和破坏,并能用可见光或近红外光来激励那些原本需要远紫外光才能激发的体系②由于材料的双光子吸收与激发光强的平方密切相关,因而在紧密聚焦的条件下,双光子吸收仅局限在物镜焦点处空间体积约为λ3(λ为入射光波长)的小范围空间内第三页，共二十四页，2022年，8月28日第四页，共二十四页，2022年，8月28日为何能突破衍射极限光强依赖性双光子聚合明显的阈值性聚焦后的激光强度在空间上呈高斯或类高斯分布第五页，共二十四页，2022年，8月28日双光子聚合加工系统第六页，共二十四页，2022年，8月28日加工系统：锁模钛宝石飞秒振荡器,脉宽150fs,中心波长780nm,重复频率76MHz.激光由一个数值孔径NA=1.4的物镜聚焦.实验所用的树脂(型号为SCR500,由日本的JSR公司生产),该树脂对近红外波长是透明的,允许钛宝石激光入射到树脂深处纳米牛尺度：长10μm,高7μm，最细微部分的尺寸为120nm，是目前世界上人工制作的最小动物模型。它的大小和人体红血球差不多双光子聚合加工的应用第七页，共二十四页，2022年，8月28日加工原理示意第八页，共二十四页，2022年，8月28日制备纳米颗粒利用溶胶-凝胶方法产生掺金(Au)离子SiO2/TiO2玻璃薄膜,对之进行双光子吸收操作后形成了金纳米颗粒阵列掺钛(Ti)离子的光聚合树脂(urethaneacrylate)进行双光子聚合,在聚合物结构上产生了TiO2纳米颗第九页，共二十四页，2022年，8月28日高密度存储原理一掺杂spiropyran分子的聚甲基丙烯酸甲酯(PM2MA)是一种光反应变色材料，通过双光子吸收过程在样品中产生折射率的改变，从而实现高质量的微结构。光反应变色材料的最大特点在于其光学可逆性，利用光学辐照，可以使反应后的产物重新恢复到反应前的状态，所以这种材料在可擦写光学信息存储、波导写入等领域具有巨大的应用潜力第十页，共二十四页，2022年，8月28日第十一页，共二十四页，2022年，8月28日高密度存储原理二利用双光子吸收和共焦原理，三维光学高密信息存储技术可实现在直径120mm、厚度10mm的光盘上存储200GB的数据,用并行方法读出,速度达Gbit/s共焦光学系统具有三维分层扫描成像能力，有效地避免邻层的干扰，并且与CD播放机有极好的兼容性，成为重要的三维光学数据读出方法第十二页，共二十四页，2022年，8月28日第十三页，共二十四页，2022年，8月28日第十四页，共二十四页，2022年，8月28日泵浦源输出波长为532nm的连续光；飞秒激光器为钛-蓝宝石飞秒激光器，在4.2W泵浦源的条件下，稳定输出功率为560mW，频率为82MHz，波长为796nm，飞秒激光脉宽约30fs，单脉冲能量约8nJ。796nm红外飞秒激光经过倍频器(BBO)后波长变为398nm的紫外光，倍频器的输出功率为100mW。国内的应用研究第十五页，共二十四页，2022年，8月28日第十六页，共二十四页，2022年，8月28日第十七页，共二十四页，2022年，8月28日聚焦离子束（FIB）加工原理FIB技术是利用静电透镜将离子束聚焦成极小尺寸的显微加工技术，聚焦离子束（FIB）在电场作用下可被加速或减速，以任何能量与靶材发生作用，并且在固体中有很好的直进性；离子具有元素性质，因此FIB与物质相互作用时能产生许多可被利用的效应。所以，FIB被广泛应用在离子束曝光、注入、刻蚀、沉积、镀膜、抛光、钻孔和研磨等领域第十八页，共二十四页，2022年，8月28日液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成的离子源。液态金属离子源的基本结构如图’所示。目前商用FIB系统的粒子束是从液态金属镓中引出，由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓液态金属离子源结构示意图第十九页，共二十四页，2022年，8月28日FIB修改过的集成电路FIB 的应用集成电路芯片的修改运用FIB的溅射与沉积功能，可以将某一处的连线断开，或将某处原来不相接的部分连接起来第二十页，共二十四页，2022年，8月28日光学掩模缺陷修补前后比较FIB 的应用光刻掩模板缺陷的修复两大类掩模缺陷：遮光缺陷与透光缺陷第二十一页，共二十四页，2022年，8月28日FIB 的应用制作透射电镜样品无论透射电镜（TEM）还是扫描透射电镜（STEM）都需要制作非常薄的样品，以便电子能够穿透样品，形成电子衍射图像。传统的制作TEM样品的方法是机械切片研磨，用这种方法只能制作大面积样品。采用FIB则可以对样品的某一局部“切片”观察第二十二页，共二十四页，2022年，8月28日FIB 的应用多用途微切割工具FIB像一把尖端只有数十nm的手