双光子三维飞秒激光直写仪

（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

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