双光子三维飞秒激光直写仪

时间：[2018-12-26]  来源：

（1）设备简介

本研究院所拥有的双光子3D飞秒激光直写仪（PPGT），由nanoscribe公司生产，是目前世界上精度最高的3D飞秒激光直写仪之一，在3D微打印和无光罩光刻领域建立了新的标杆。PPGT能方便快速的打印从纳米到中等尺度的微结构，特征尺寸从几百纳米到几个毫米不等。结合定制的光刻胶和软硬件，该系统可以非常自由方便的设计打印高精度3D微结构，且相对独立的打印过程为3D微结构在转印的过程中的材料选择提供了极大的空间。该设备为2D、2.5D和3D增材制造工艺铺平了道路，在很多领域都具有应用空间。

图1 双光子三维飞秒激光直写仪实景图

（2）工作原理

PPGT通过一整套光学设备，控制聚焦在光刻胶中激光的强度，从而保证光刻胶刚好在焦点相应的位置使光刻胶固化；通过软件控制激光光束焦点在光刻胶中的移动，从而形成所需的结构。其工作原理图如图2所示。

图2 PPGT工作原理图

设备的配件主要包括3个不同倍率的激光镜头，其相应的打印范围如下图3所示：

图3 不同倍率激光镜头的打印范围示意图

（3）主要用途

PPGT主要是通过光刻的方式制造2D、2.5D和3D聚合物结构，特征尺寸从亚微米到毫米尺寸级别。正是由于其超高的精度和极大的设计自由度，使得该设备在很多领域都有广泛的应用，包括生命科学，能源材料，微型机器人，微流控，光电子学等（图4）。

图4 PPGT应用示例

（4）关键参数

• 电源电压：交流100 V~240V，50/60Hz

• 最大电流：5A

• 操作环境温度：22℃（±4℃）

• 横向特征尺寸：200nm

• 横向分辨率：50nm

• 压电范围：300µm×300µm×300µm

• 激光波长：780nm

• 激光平均功率：<180mW

• 激光功率峰值：25kW

• 脉冲时间：≈100fs

• 脉冲时间：≈100fs

• 脉冲频率：80MHz

（5）相关论文

[1] Johlin E, Mann S A, Kasture S, et al. Broadband highly directive 3D nanophotonic lenses[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 4742.

[2] Li Z, Hu P, Zhu J, et al. Conjugated Carbazole‐Based Schiff Bases as Photoinitiators: From Facile Synthesis to Efficient Two‐Photon Polymerization[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(23): 2692-2700.

[3] Tancogne‐Dejean T, Diamantopoulou M, Gorji M B, et al. 3D Plate‐Lattices: An Emerging Class of Low‐Density Metamaterial Exhibiting Optimal Isotropic Stiffness[J]. Advanced Materials, 2018: 1803334.

[4] Wang X, Qin X H, Hu C, et al. 3D printed enzymatically biodegradable soft helical microswimmers[J]. Advanced Functional Materials, 2018, 28(45): 1804107.

[5] Gr&auml;fe D, Wickberg A, Zieger M M, et al. Adding chemically selective subtraction to multi-material 3D additive manufacturing[J]. Nature communications, 2018, 9: 2788.