CN109483774A - 一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法 - Google Patents

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陶沙
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Abstract

本发明公开了一种利用双光子聚合加工光学模具的方法，涉及激光加工技术领域，本发明主要是利用超快激光入射到光刻胶内部，在特定位置产生双光子吸收、聚合、固化，之后通过化学溶液或等离子体将未固化的光刻胶去除，从而形成所需的光学模具。该方法加工光学模具具有亚微米级的分辨率，以及很高的空间选择性，同时在模具表面的可以形成所需的亚微米结构以实现特殊的表面性能，例如亲/疏水性等。此外，该方法也可与传统的机械加工或光聚合方法相结合，形成复合加工方式满足特定的需求。

Description

一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是指一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法
背景技术
双光子吸收是指通常电子要从低能级跃迁到高能级去必须吸收一份相当于二个能级之差的能量。如果这份能量由光辐射来提供，只有在光子的能量为二个能级之差时才会被原子所吸收。但是在高功率的光束下，虽然一个光子的能量还达不到二个能级之差，但电子可以同时吸收二个光子达到一定的能量而完成一次跃迁,这就是双光子吸收。此外，在现有技术中，光学模具的加工无论是精度还是空间选择性等都有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何加工出具有高精度高、高空间选择性的光学模具。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，具体包括以下步骤：
S1、将光刻胶涂覆于运动平台上；
S2、利用超快激光照射光刻胶，并于激光焦点处产生双光子吸收，固化激光焦点处的光刻胶；
S3、根据所需光学模具的形貌设计，不断调整激光焦点在光刻胶中的位置，使得光刻胶所需保留的形貌部分全部被固化；
S4、清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
进一步的，所述S2步骤中，根据所用光刻胶的光学特性，选择所需波长的超快激光，以使得光刻胶可在激光焦点处产生双光子吸收并聚合固化。
进一步的，所述S3步骤中，通过调节振镜来调整激光焦点在光刻胶中的位置。
进一步的，所述S3步骤中，通过调节运动平台来调整激光焦点在光刻胶中的位置。
进一步的，所述S4步骤中，采用化学溶解的方式清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
进一步的，所述S4步骤中，利用等离子体清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
进一步的，通过双光子吸收聚合，在模具表面形成所需的亚微米结构以实现特定的表面性能。
进一步的，该方法可与机械加工或单光子吸收聚合方法相结合，形成复合加工方式满足特定的需求。
本发明公开的利用双光子聚合加工光学模具的方法，利用超快激光入射到光刻胶内部，在特定位置产生双光子吸收、聚合、固化，之后通过化学溶液或等离子体将未固化的光刻胶去除，从而形成所需的光学模具。该方法加工光学模具具有亚微米级的分辨率，以及很高的空间选择性，同时在模具表面的可以形成所需的亚微米结构以实现特殊的表面性能，例如亲/疏水性等。此外，该方法也可与传统的机械加工或光聚合方法相结合，形成复合加工方式满足特定的需求。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体流程或结构
图1为涂覆光刻胶状态示意图；
图2为超快激光照射固化示意图；
图3为整个光学模具固化后示意图；
图4为清除未固化光刻胶后最终光学模具示意图。
图中，1-运动平台、2-光刻胶、21-固化的光刻胶3-超快激光、4-激光焦点。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
结合附图1-4，在一具体实施例中公开了一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，具体包括以下步骤：
S1、首先需要将光刻胶2涂覆于运动平台1上，光刻胶的类型，涂覆所得的形状、规格等可根据具体的需要进行选择或设计。此处的运动平台1，一方面可起到支承放置光刻胶2，另一方面还可通过运动平台1自身的相对运动而带动光刻胶2移动并改变光刻胶2的空间位置，便于对光刻胶2的加工。
S2、利用超快激光器形成超快激光3并通过光路系统引导超快激光，从而照射至光刻胶2表面或内部，并于激光焦点4处产生双光子吸收，固化激光焦点4处的光刻胶。此处，需根据所用光刻胶2的光学特性，选择对应所需波长的超快激光3，以使得光刻胶可在激光焦点4处产生双光子吸收并聚合固化，而在其它非焦点的激光照射部位不产生光子的吸收和光刻胶的聚合固化。
S3、根据所需光学模具的形貌设计，不断调整激光焦点4在光刻胶2中的位置，使得光刻胶2所需保留的形貌部分全部被固化。此处，调整激光焦点4在光刻胶中的位置，即是调整光刻胶中被固化的部分，激光焦点4位于何处，何处的光刻胶就会被固化。如此，便可通过调整激光焦点4在光刻胶中的实际位置，便可以不断改变光刻胶被固化的部位，从而逐渐将光刻胶所以需固化的部位一一通过双光子吸收聚合固化。优选的，该步骤可具体通过调节振镜来调整激光焦点4在光刻胶中的位置。调节振镜，可直接调整超快激光3束以及对应的激光焦点4聚焦的位置。此外，该步骤还可以通过调节运动平台1来调整激光焦点4在光刻胶中的位置。调节移动平台即意味着调整光刻胶的位置，从而使得激光焦点4聚焦到光刻胶中不同的部位，并对光刻胶中不同的部分进行聚合、固化。当然，也可以是同时调节振镜和运动平台1，改变激光焦点4在光刻胶中的聚焦部位。
S4、最后，通过清除掉未发生聚合、固化反应的光刻胶2，而仅仅只保留通过双分子吸收而发生聚合、固化的光刻胶21，从而可得到最终所需形貌的光学模具。同时，在该S4步骤中，可采用化学溶解的方式清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具，即利用化学药剂可与未固化的光刻胶发生反应而清除，同时化学药剂与固化的光刻胶21间不发生任何反应而使得已固化的光刻胶21全部得以保留，最终由保留的固化的光刻胶21构成所需形状的光学模具。优选的，在该S4步骤中，处了前述的化学溶解法，还可以利用等离子体清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具，同样是等离子体可与未固化的光刻胶进行作用，而与固化的光刻胶21间没有任何反应，使得等离子体作用后所有固化后的光刻胶得以全部保留并形成所需形貌的光学模具。
本发明公开的利用双光子聚合加工光学模具的方法，利用超快激光入射到光刻胶内部，且根据所用光刻胶的光学特性，选择合适的超快激光波长，使得光刻胶对该波长的激光没有吸收，而仅仅只在激光焦点处由于该处超高的功率密度而产生双光子吸收，进而发生聚合、固化。同时，由于双光子吸收只发生在激光焦点处，在其他地方因功率密度低而不足以产生聚合、固化，因而具有很高的空间分辨率，以及很高的空间选择性。待完成所需位置的光刻胶固化后，通过化学溶液或等离子体的方式将未固化的光刻胶清除，从而得到所需的光学模具。最后，利用双光子聚合的高分辨率特点，可以在模具表面形成特定的亚微米结构，以实现特殊的表面性能，例如亲/疏水特性。
需要说明的是，此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。且以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将光刻胶涂覆于运动平台上；
S2、利用超快激光照射光刻胶，并于激光焦点处产生双光子吸收，固化激光焦点处的光刻胶；
S3、根据所需光学模具的形貌设计，不断调整激光焦点在光刻胶中的位置，使得光刻胶所需保留的形貌部分全部被固化；
S4、清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
2.如权利要求1所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，所述S2步骤中，根据所用光刻胶的光学特性，选择所需波长的超快激光，以使得光刻胶可在激光焦点处产生双光子吸收并聚合固化。
3.如权利要求2所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，所述S3步骤中，通过调节振镜来调整激光焦点在光刻胶中的位置。
4.如权利要求2所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，所述S3步骤中，通过调节运动平台来调整激光焦点在光刻胶中的位置。
5.如权利要求3或4所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，所述S4步骤中，采用化学溶解的方式清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
6.如权利要求3或4所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，所述S4步骤中，利用等离子体清除未固化的光刻胶，得所需形貌的光学模具。
7.如权利要求1所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，通过双光子吸收聚合，在模具表面形成所需的亚微米结构以实现特定的表面性能。
8.如权利要求1所述的利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法，其特征在于，该方法可与机械加工或单光子吸收聚合方法相结合，形成复合加工方式满足特定的需求。
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