兩光子聚合三維微納結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)研制.pdf

1、三維微納結(jié)構(gòu)表面功能器件以及三維體（或體內(nèi)）微納結(jié)構(gòu)功能器件，以下統(tǒng)稱為三維微納結(jié)構(gòu)，在許多重要的工程領(lǐng)域有著非常吸引人的應(yīng)用潛力。主要涉及兩個方面:(1)利用三維微納結(jié)構(gòu)表面獲得期望的固/固或固/流界面效應(yīng)，例如導(dǎo)軌副、發(fā)動機(jī)活塞/缸體副、汽輪機(jī)葉片等;(2)利用三維微納結(jié)構(gòu)表面或體微納結(jié)構(gòu)改變外部物理場（例如電磁波，光波，等離子體波，力場，熱場，磁場等）的作用從而獲得期望的響應(yīng)特征，例如隱形、散熱、負(fù)壓縮性、高分辨率成像等。

2、　　超材料是一種具有三維微納結(jié)構(gòu)的人工復(fù)合材料，為了使包括超材料的三維微納結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用，其關(guān)鍵還在于如何對三維微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積高效制造。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，基于飛秒激光的兩光子聚合(Two-PhotonPolymerization，以下簡稱TPP)是獲得真正三維微納結(jié)構(gòu)的一種非常有發(fā)展前途的工藝方法，但是迄今為止還存在一些問題亟待研究解決。
　　為了對三維微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積兩光子聚合加工，現(xiàn)行的方法主要是利用大

3、行程的工作臺沿x和（或）y向作進(jìn)給運(yùn)動，從而遍歷所有期望曝光的體元。該方法的主要問題是，大行程的平動軸繞x和y軸的偏擺誤差通常都在幾百個納米量級或者更高，如何在工作臺快速進(jìn)給中對這些偏擺誤差進(jìn)行校正尚未見到有效的技術(shù)方案。為解決所述的這些問題，本論文作者所在的課題組提出了如下的技術(shù)方案:(1)在工作臺快速進(jìn)給過程中夾持試件的載物臺作三維橢圓振動以使飛秒激光束相對于試件進(jìn)行擬靜態(tài)曝光的方法;(2)在工作臺快速進(jìn)給過程中利用二維振鏡操縱飛秒

4、激光束快速偏轉(zhuǎn)，以校正工作臺平動軸沿x和y軸的偏擺誤差。為了實(shí)施所述的這兩個技術(shù)方案，本論文將著重研究一種兩光子聚合三維微納結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及加工運(yùn)動軌跡規(guī)劃等問題。具體包括如下內(nèi)容:(1)基于TPP的三維微納結(jié)構(gòu)加工系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。通過在大行程運(yùn)動臺上安裝一個三維橢圓振動裝置（由于三維橢圓振動裝置尚未制作，本文在此使用一個三維微動臺替代進(jìn)行原理性探索。），使被加工工件在進(jìn)給運(yùn)動中相對于工作臺作三維橢圓運(yùn)動;在光路系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)上安裝

5、一個二維振鏡系統(tǒng)，以使飛秒激光束繞x和y軸進(jìn)行偏擺。利用CATIA三維造型軟件，對所述加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模設(shè)計(jì)。
　　(2)在連續(xù)進(jìn)給過程中基于TPP的加工運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)?；陲w秒激光束的相繼點(diǎn)位曝光，對大行程工作臺以及三維微動臺的運(yùn)動軌跡進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用MATLAB軟件對所設(shè)計(jì)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行仿真，并結(jié)合此時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)的飛秒激光照射的能量分布對比，驗(yàn)證了運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)方案的可實(shí)現(xiàn)性。
　　(3)基于TPP的三維微納結(jié)構(gòu)加工系