CN110744206A - 一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统与方法，所述微流控芯片制备系统包括：紫外纳秒激光器、电控光阑、激光扩束器、光束转换器、光束旋转器、透镜、二向色镜、激光切割头、三维移动平台以及控制装置，本发明采用二元相位板和锥透镜组成的光束转换器，可有效生成光滑高质量一类零阶和长高瑞利长度的贝塞尔激光，有效擦除零阶贝塞尔光束中心零级光外的一级光圈，从而有效提升贝塞尔光束的加工质量。本发明可实现高纵深比的激光直写微流控芯片加工，提高激光加工效率并且系统结构简单，便于操作，可用于各种方案的微流控芯片的高效率、高质量加工。

Description

一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统与方法
技术领域
本发明涉及激光制备技术领域，具体为一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统与方法。
背景技术
激光微纳加工技术作为微纳制造的主要手段之一，具有非接触、低污染和加工精度高等特征。激光直写加工是将激光束经聚焦后在材料表面进行直接曝光并形成微结构。相比于红外和可见光波段激光，紫外激光的热效应更低，随着近几年紫外脉冲激光工业的快速发展，激光功率提升以及产品价格降低使其更适用于激光微纳加工系统产业化，其成功的应用己经广泛覆盖微电子学、材料学和生物技术等多个领域。
激光微纳加工直写技术可在材料上制作钻孔、刻槽等工艺。传统激光加工技术是将从激光器输出的基模高斯光束聚焦直接作用到材料上，然而基模高斯光束聚焦后的瑞利长度较短，因此很难在材料上制作高纵深比的钻孔或刻槽结构，当需要做深槽加工，需要做多层剥离，这严重制约了钻孔或刻槽的效率和纵深比。为了提高加工效率和纵深比，利用光学器件将基模高斯光束进行光束转换形成长瑞利长度的激光束是一种经济高效的方法(参考文献：M.Duocastella and C.B.Arnald,Laser Photonics Rev.6,607-621,2912)。这种技术明显的提高了微孔阵列制备的纵深比，但是同时也存在严重的缺陷，零阶贝塞尔光束的0级光以外仍具有一定强度，在材料烧蚀孔外围也会出现烧蚀现象，从而降低激光加工质量以及材料表面平整度。因此这种方法不适合于工业生产。虽然二元光学已经被引入用来改进外围光强分布(F.He,J.Yu,etal,Scientific reports,7,40785,2017),但制作具有空间位相差的二元光学元件成本较高，且对系统工作环境有一定的要求。该技术对于应用紫外激光以及使用激光切割头加工仍有技术壁垒，且对于加工大尺寸结构，其加工方法缺少灵活性。如何用紫外脉冲激光进行高质量、高纵深比、高灵活性直写制作微流控芯片是目前技术上亟待解决的难题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种紫外纳秒激光直写制备微流控芯片的系统与方法，以至少解决上述背景技术中提出的问题之一。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统，包括：紫外纳秒激光器、电控光阑、激光扩束器、光束转换器、光束旋转器、透镜、二向色镜、激光切割头、三维移动平台以及控制装置，其中，所述紫外纳秒激光器输出的激光束为高斯光束，该高斯光束经过所述激光扩束器扩束后进入所述光束转换器，所述光束转换器将入射的高斯光束转化为贝塞尔光束，之后所述贝塞尔光束进入所述光束旋转器，所述光束旋转器将快速旋转的贝塞尔光束生成环形光束，所述环形光束通过所述透镜和所述二向色镜进入所述激光切割头，所述激光切割头安装在所述三维移动平台上，所述激光切割头将所述环形光束传送至三维移动平台承载的样品上，所述紫外纳秒激光器、所述光束旋转器、所述三维移动平台分别与所述控制装置通信连接；所述光束旋转器可连续旋转并沿光路方向前后移动，所述光束转换器由同心安装的二元相位板与锥透镜胶合组成。
进一步，所述二元相位板为在紫外熔融石英窗口片上镀金属银膜，所述金属银膜为多道同心圆环结构。
进一步，所述金属银膜的同心圆环半径与入射光束尺寸、入射光波长以及聚焦透镜焦长密切相关，可根据下列公式推导而得：
在所述锥透镜出射面位置(z＝0)的光场振幅为：
Figure BDA0002268950570000031
其中
Figure BDA0002268950570000032
为入射光振幅，ω0为入射光束的束腰尺寸，d为所述锥透镜的中心位置厚度，a为所述锥透镜顶点与双轴曲线交点的间距，β为所述锥透镜锥角度二分之一，T(r)为所述二元相位板的透射率函数，
Figure BDA0002268950570000033
其中circ(·)为圆函数，n为自然数，r为极坐标系的极径，rn为第n个圆的半径,
Figure BDA0002268950570000041
所述透镜和所述激光切割头为具有不同焦长的聚焦透镜，光场振幅在经过所述透镜和所述激光切割头后表示为：
Figure BDA0002268950570000042
其中fi为所述透镜或激光切割头的焦长，zi为所述透镜或激光切割头沿光轴的位置。
进一步，所述二向色镜一侧设有聚光透镜，所述聚光透镜后侧设有图像捕获装置，所述聚光透镜前端设有照明光源，所述图像捕获装置与所述控制装置通信连接。
进一步，所述激光扩束器与所述光束转换器之间设有光束转向设备，所述透镜和所述二向色镜之间设有光束转向设备。
进一步，所述紫外纳秒激光器输出脉冲激光重复频率50kHz，中心波长355nm，脉冲宽度25纳秒，激光平均功率12W，由控制装置控制紫外纳秒激光器输出激光的开关和功率。
进一步，所述激光扩束器用于将直径0.8-1.2mm的中心波长为355nm的激光束扩束至直径为8-12mm。
进一步，所述的光束旋转器是将一光楔夹持在旋转结构上，然后将旋转结构固定在电控一维移动平台上，所述光楔的倾斜角为0.8-1.2度，所述旋转结构的旋转速度为400-500rpm。
进一步，所述透镜与所述光束转换器之间的距离固定，所述二向色镜将所述激光束以45度角反射至所述激光切割头，并透射所述照明光源以及样品表面的反射光，使得所述聚光透镜与所述激光切割头将所述三维移动平台上承载的样品表面形貌成像于所述图像捕获装置上。
一种紫外纳秒激光直写制备微流控芯片的方法，包括以下步骤：
步骤1)准备样品，将所述样品表面清洁干燥后安装到三维移动平台上，调节所述样品至激光切割头焦平面位置；
步骤2)由紫外纳秒激光器输出激光束，所述激光束的中心波长355nm，脉宽25ns，重复频率40kHz，光束模式为基模高斯，触发信号控制激光输出，通过触发信号的占空比调节激光输出功率；
步骤3)调节光束转换器，使所述光束转换器的中心与通过激光扩束器后的激光束同轴；所述激光束依次通过所述光束转换器的二元相位板和锥透镜；
步骤4)通过旋转所述光束旋转器在所述激光切割头的焦面上形成环形光束，所述环形光束的直径通过调节所述光束旋转器到所述光束转换器的距离来控制；
步骤5)调节二向色镜使所述激光束经所述二向色镜反射后正入射至所述激光切割头，所述二向色镜透射照明光源以及样品表面的反射光，使得聚光透镜与所述激光切割头将样品表面形貌成像于图像捕获装置上；
步骤6)通过所述控制装置程序化设计控制激光输出功率和所述三维移动平台的移动速度，从而在所述样品表面进行浅层刻蚀；
步骤7)保持所述激光束的方向不变，控制所述三维移动平台将所述样品需要深层刻蚀的位置移动到垂直于所述激光束的方向上，并再次曝光进行激光直写深层刻蚀；
步骤8)重复步骤7，直至制备出具有预定深度的微流控芯片结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明用紫外脉冲激光相比红外和可见过波段激光，加工过程中可降低氧化、崩边等热效应导致的后果。
(2)用锥透镜生成贝塞尔光束的传统方法虽然可以生成长景深(瑞利长度高)，但其缺陷在于中心光强(零级光)的外围光强(尤其一级光圈)将占总光强的十分之一以上，从而在激光加工时容易生成具有多环结构的钻孔。本发明采用二元光学元件(即二元相位板)和锥透镜组成的光束转换器，可有效生成光滑高质量一类零阶和长高瑞利长度的贝塞尔激光，其中二元相位板为使用镀膜技术在紫外熔融石英表面镀二维结构金属银薄膜，高斯光束先通过二元相位板做波前整形，其中镀金属银薄膜区域用于反射所述高斯光束，未镀金属银膜区域用于透射所述高斯光束，透射过来的高斯光束进入锥透镜，通过锥透镜将高斯光束转换为一类零阶贝塞尔光束。经本发明的光学转换器变换，可有效擦除零阶贝塞尔光束中心零级光外的一级光圈，使光束的转换容易可行，相比于镀介质膜形成π位相差，本发明的的二元相位板镀金属膜形成带状光束形状虽然对光的利用效率低，但加工成本低并且对系统环境要求也低，实验装置操作调试更简单可控，成本低，重复性高。根据本发明实施例生成的贝塞尔光束瑞利长度，与传统激光器输出激光模式下的相同束腰尺寸的基模高斯光束相比，瑞利长度增加10倍以上，从而可有效提高激光钻孔的纵深比和激光钻孔和刻蚀的效率。本发明提供的二元相位板镀金属膜的结构是根据入射激光波长、束腰尺寸以及激光切割头的焦长等参数，根据相关公式设计生成，是中心极强的空间结构二元相位板，本发明的方案使激光束进入锥透镜前先通过二元相位板整形，可有效削弱零级光以外多级光所占比值，从而有效提升贝塞尔光束的加工质量；此方法生成的修正贝塞尔光束相比传统贝塞尔光束而言，虽然景深降低和光利用效率降低，但相比传统高斯光束聚焦方法其景深增加很多，从而有效增加激光钻孔的纵深比。
(3)本发明加工效率高，通过将基模高斯光束转化为更高瑞利长度的贝塞尔光束来提高激光纵向钻孔效率，以及通过光束旋转器来控制激光扫描范围以提高横向激光加工效率，从而达到三维上有效提高激光加工微流控芯片效率的目的。
(4)本发明中激光器、光束旋转器、三维移动平台以及图像捕获装置等实现集成一体化，由控制装置控制，有效提高系统操作性、稳定性。
附图说明
图1为本发明的紫外纳秒激光直写制备微流控芯片系统的光路图。
图2为本发明的光束转换器结构示意图。
图3为本发明的二元相位板改善贝塞尔光束质量的结构原理图。
图4为本发明的经光束转换器生成边幅修整后的贝塞尔光束光强分布图以及强度截面图。
图5为本发明的光束旋转器结构示意图。
图6为本发明的光束旋转器工作原理示意图。
图7为本发明的光束旋转器调节原理示意图。
图中各标号列示如下：
1、紫外纳秒激光器；2、电控光阑；3、激光扩束器；4、光束转换器；5、光束旋转器；6、透镜；7、二向色镜；8、激光切割头；9、三维移动平台；10、照明光源；11、聚光透镜；12、图像捕获装置；13、控制装置；14、光束转向设备；15、旋转结构；16、一维移动平台；41、二元相位板；42、锥透镜；43、金属银膜。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
如图1、图2、图4所示，一种紫外纳秒激光直写制备微流控芯片的系统，包括：紫外纳秒激光器1，所述紫外纳秒激光器1的发射口上设有电控光阑2，电控光阑2控制光线经过激光扩束器3，光线经过激光扩束器3进入光束转换器4，光束转换器4将入射的基模高斯光束转化为贝塞尔光束，光束旋转器控制聚焦光束的直写尺度，之后光线入光束旋转器5，光束旋转器5后的光线通过透镜6和二向色镜7进入激光切割头8，激光切割头8安装在编程可控三维移动平台9上，透镜6与激光切割头8将生成的贝塞尔光束传送至激光切割头焦面即三维移动样品台9搭载的样品上，所述紫外纳秒激光器1、光束旋转器5、三维移动平台9通过数据线与控制装置13连接通信，所述的三维移动平台9上承载待加工样品；所述的光束旋转器5是将一光楔夹持在旋转结构15上，旋转结构15具体的可以采用例如超快中空旋转台，同时将超快中空旋转台15固定在电控一维移动平台16上，光束旋转器5可连续旋转并沿光路方向前后移动，光束转换器4由二元相位板41与锥透镜42胶合组成，其中二元相位板41为使用镀膜技术在紫外熔融石英表面镀二维结构金属银薄膜43，锥透镜42将高斯光束转换为一类零阶贝塞尔光束，经过二元相位板41做波前整形的高斯光束经锥透镜42变换后将有效擦除零阶贝塞尔光束中心零级光外的一级光圈；光束转换器4安装在手动二维调整架上。
具体的，如图2所示，所述二元相位板41为在熔融石英窗口片上镀金属银膜43，形成多道同心圆环结构，其中镀金属银膜43区域用于反射所述基模高斯光束，未镀金属银膜区域用于透射所述基模高斯光束。
所述金属银膜43的同心圆环半径与入射光束尺寸、入射光波长以及聚焦透镜焦长密切相关，可根据下列公式推导而得：
在所述锥透镜42出射面位置(z＝0)的光场振幅为：
Figure BDA0002268950570000101
其中为入射光振幅，ω0为入射光束的束腰尺寸，d为所述锥透镜42的中心位置厚度，a为所述锥透镜42顶点与双轴曲线交点的间距，β为所述锥透镜42锥角度二分之一，T(r)为所述二元相位板41的透射率函数，
Figure BDA0002268950570000103
其中circ(·)为圆函数，n为自然数，r为极坐标系的极径，rn为第n个圆的半径,
Figure BDA0002268950570000104
所述透镜6和所述激光切割头8为具有不同焦长的聚焦透镜，光场振幅在经过所述透镜(6)和所述激光切割头8后表示为：
Figure BDA0002268950570000111
其中fi为所述透镜6或激光切割头8的焦长，zi为所述透镜6或激光切割头8沿光轴的位置。
具体的，本实施例中，入射光束为束腰ω0为3mm的基模高斯光束，锥透镜厚度d＝5mm，a＝0.5mm,β＝2.5°，工作环境为空气n＝1，透镜焦长200mm，激光切割头焦长60mm。
本实施例中使用的二元相位板对贝塞尔光束的改善情况如图3所示，图3a是未加二元相位板的光束转换器直接通过锥透镜转换光束，图3b是加了本发明的二元相位板的光束转换器经波前整形后转换光束，可明显看出图3b得到的贝塞尔光束，中心零级光外的一级光圈得到有效擦除，大大改善了该贝塞尔光束在xy面上的加工质量。
图4是经光束转换器4生成边幅修整后的贝塞尔光束光强分布图以及强度截面图。从图中可见，生成的贝塞尔光束为束腰直径约6μm，瑞利长度约106μm的狭长光束,使之相较于传统基模高斯光束聚焦的瑞利长度高出4倍，从而在激光钻孔及刻槽等加工过程中可以有效将纵深比提升至近10，是高斯光束聚焦加工很难达到的效果。
具体的，所述二向色镜7一侧设有聚光透镜11，聚光透镜11后侧设有图像捕获装置12，所述聚光透镜11前端设有照明光源，图像捕获装置12通过数据线与控制装置13连接通信。
具体的，所述激光扩束器3与光束转换器4之间设有光束转向设备14，所述透镜6和二向色镜7之间设有光束转向设备14，便于将光束进行转向处理，使该系统的元件能较密集地整合到体积较小的设备中。
具体的，所述紫外纳秒激光器1输出脉冲激光重复频率20kHz-100kHz，中心波长355nm，脉冲宽度25ns，激光平均功率>10W，通过控制装置13外控触发信号以控制紫外纳秒激光器1的激光开关和功率大小。
具体的，所述电控光阑2用于阻隔激光输出，保证激光系统安全操作；激光扩束器3用于将直径0.8mm的355nm激光扩束至直径为8mm。
具体的，如图5-7所示，所述的光束旋转器5是将一光楔夹持在旋转结构15上，然后将旋转结构15固定在电控一维移动平台16上，所述光楔的倾斜角为0.8-1.2度，所述旋转结构15的旋转速度为400-500rpm。通过旋转光束可远程控制激光聚焦光斑行成一环形光圈，所述环形光圈的半径为ΔR，ΔR＝Δl·tgα，Δl为光束旋转器5与其后的透镜前焦面之间的间距，可通过一维移动平台16来调整，其中所述α为光楔角度；本实施例中光束旋转器5中夹持的光楔倾斜角为1度；通过延光路方向控制光束旋转器5与光束转换器4之间的距离可以控制激光切割头上环形光圈的半径尺寸，即通过调节光束旋转器5的位置控制激光扫描范围，从而提高激光加工宽孔或宽槽的效率。
具体的，所述的透镜6与光束转换器5间距固定，二向色镜7将紫外纳秒激光45度角反射入激光切割头8并透射白色照明光源10以及样品表面反射光，聚光透镜11与激光切割头8将三维移动平台9上承载的样品表面形貌成像于图像捕获装置12的感光面上，图像捕获装置具有2592×1944像素。
一种紫外纳秒激光直写制备微流控芯片的方法，包括以下步骤：
步骤1)准备样品，将所述样品表面清洁干燥后安装到三维移动平台(9)上，调节所述样品至激光切割头(8)焦平面位置；
步骤2)由紫外纳秒激光器(1)输出激光束，所述激光束的中心波长355nm，脉宽25ns，重复频率40kHz，光束模式为基模高斯，触发信号控制激光输出，通过触发信号的占空比调节激光输出功率；
步骤3)调节光束转换器(4)，使所述光束转换器(4)的中心与通过激光扩束器(3)后的激光束同轴；所述激光束依次通过所述光束转换器(4)的二元相位板(41)和锥透镜(42)；
步骤4)通过旋转所述光束旋转器(5)在所述激光切割头(8)的焦面上形成环形光束，所述环形光束的直径通过调节所述光束旋转器(5)到所述光束转换器(4)的距离来控制；
步骤5)调节二向色镜(7)使所述激光束经所述二向色镜(7)反射后正入射至所述激光切割头(8)，所述二向色镜(7)透射照明光源(10)以及样品表面的反射光，使得聚光透镜(11)与所述激光切割头(8)将样品表面形貌成像于图像捕获装置(12)上；
步骤6)通过所述控制装置(13)程序化设计控制激光输出功率和所述三维移动平台(9)的移动速度，从而在所述样品表面进行横向刻蚀；
步骤7)保持所述激光束的方向不变，控制所述三维移动平台(9)将所述样品需要深层刻蚀的位置移动到垂直于所述激光束的方向上，并再次曝光进行激光直写纵向刻蚀；
步骤8)重复步骤7，直至制备出具有预定深度的微流控芯片结构。
使用时将所用紫外纳秒激光器1的参数如下:脉冲宽度为25ns，中心波长为355nm，重复频率为40kHz，激光功率12W。紫外纳秒激光1开关以及功率输出直接取决于外部触发信号的频率和脉宽的大小。调节光束转换器4的二维调节架使激光通过光束转换器的中心，并将光束旋转器5放在生成贝塞尔光束中心位置，光束旋转器5通过旋转结构15以500rpm连续旋转，并通过一维移动平台16控制其与透镜6的间距从而控制激光切割头8聚焦生成的环形光圈的直径。一维移动平台通过RS232与控制装置13连接，重复定位精度5μm。本实验中是在晶圆上制作微流控芯片，将晶圆放置并固定在三维移动平台9上后将激光导入激光切割头8并作用到晶圆表面，激光切割头焦距60mm。移动电控升降台使晶圆表面移到激光切割头8焦平面上，并调节图像捕获装置12实时监控。设定激光功率因子在0.4-0.6，通过控制装置13编程设定三维移动平台9的扫描速度40mm/s，移动方向通过Auto CAD图纸输出数据确定，三维移动平台9移动与外部触发控制激光输出通过编程实现智能控制，即可快速制备直径或宽度为40μm的钻孔或刻槽结构。
将烧蚀后的材料放在浓度稀释为4％的氢氟酸中浸泡10分钟后再放在去离子水超声波清洗10分钟后风干。
本发明系统和方法适用于各种半导体和透明介质表面加工，只需对激光中心波长和脉冲宽度进行适当的选取即可，并不局限于微流控芯片的加工。
本发明可将入射的基模高斯光束转化为贝塞尔光束，光束旋转器可控制聚焦光束的直写尺度，紫外纳秒激光通过激光切割头后与电控三维移动平台上的样品作用。其中紫外纳秒激光器、光束旋转器、三维移动平台和图像捕获装置通过数据线与控制装置连接通信。本发明可实现高纵深比的激光直写微流控芯片加工，提高激光加工效率并且系统结构简单，便于操作，可用于各种方案的微流控芯片的高效率、高质量加工。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种紫外纳秒激光直写微流控芯片制备系统，其特征在于：包括：紫外纳秒激光器(1)、电控光阑(2)、激光扩束器(3)、光束转换器(4)、光束旋转器(5)、透镜(6)、二向色镜(7)、激光切割头(8)、三维移动平台(9)以及控制装置(13)，其中，所述紫外纳秒激光器(1)输出的激光束为高斯光束，该高斯光束经过所述激光扩束器(3)扩束后进入所述光束转换器(4)，所述光束转换器(4)将入射的高斯光束转化为贝塞尔光束，之后所述贝塞尔光束进入所述光束旋转器(5)，所述光束旋转器(5)将快速旋转的贝塞尔光束生成环形光束，所述环形光束通过所述透镜(6)和所述二向色镜(7)进入所述激光切割头(8)，所述激光切割头(8)安装在所述三维移动平台(9)上，所述激光切割头(8)将所述环形光束传送至三维移动平台(9)承载的样品上，所述紫外纳秒激光器(1)、所述光束旋转器(5)、所述三维移动平台(9)分别与所述控制装置(13)通信连接；所述光束旋转器(5)可连续旋转并沿光路方向前后移动，所述光束转换器(4)由同心安装的二元相位板(41)与锥透镜(42)胶合组成。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述二元相位板(41)为在紫外熔融石英窗口片上镀金属银膜(43)，所述金属银膜(43)为多道同心圆环结构。
3.根据权利要求2所示的系统，其特征在于：所述金属银膜(43)的同心圆环半径与入射光束尺寸、入射光波长以及聚焦透镜焦长密切相关，可根据下列公式推导而得：
在所述锥透镜(42)出射面位置(z＝0)的光场振幅为：
Figure FDA0002268950560000021
其中
Figure FDA0002268950560000022
为入射光振幅，ω0为入射光束的束腰尺寸，d为所述锥透镜(42)的中心位置厚度，a为所述锥透镜(42)顶点与双轴曲线交点的间距，β为所述锥透镜(42)锥角度二分之一，T(r)为所述二元相位板(41)的透射率函数，
Figure FDA0002268950560000023
其中circ(·)为圆函数，n为自然数，r为极坐标系的极径，rn为第n个圆的半径，
Figure FDA0002268950560000024
所述透镜(6)和所述激光切割头(8)为具有不同焦长的聚焦透镜，光场振幅在经过所述透镜(6)和所述激光切割头(8)后表示为：
Figure FDA0002268950560000025
其中fi为所述透镜(6)或激光切割头8的焦长，zi为所述透镜(6)或激光切割头8沿光轴的位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述二向色镜(7)一侧设有聚光透镜(11)，所述聚光透镜(11)后侧设有图像捕获装置(12)，所述聚光透镜(11)前端设有照明光源(10)，所述图像捕获装置(12)与所述控制装置(13)通信连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光扩束器(3)与所述光束转换器(4)之间设有光束转向设备(14)，所述透镜(6)和所述二向色镜(7)之间设有光束转向设备(14)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述紫外纳秒激光器(1)输出脉冲激光重复频率50kHz，中心波长355nm，脉冲宽度25纳秒，激光平均功率12W，由控制装置(13)控制紫外纳秒激光器(1)输出激光的开关和功率。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述激光扩束器(3)用于将直径0.8-1.2mm的中心波长为355nm的激光束扩束至直径为8-12mm。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的光束旋转器(5)是将一光楔夹持在旋转结构(15)上，然后将旋转结构(15)固定在电控一维移动平台(16)上，所述光楔的倾斜角为0.8-1.2度，所述旋转结构(15)的旋转速度为400-500rpm。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述透镜(6)与所述光束转换器(4)之间的距离固定，所述二向色镜(7)将所述激光束以45度角反射至所述激光切割头(8)，并透射所述照明光源(10)以及样品表面的反射光，使得所述聚光透镜(11)与所述激光切割头(8)将所述三维移动平台(9)上承载的样品表面形貌成像于所述图像捕获装置(12)上。
10.一种紫外纳秒激光直写制备微流控芯片的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)准备样品，将所述样品表面清洁干燥后安装到三维移动平台(9)上，调节所述样品至激光切割头(8)焦平面位置；
步骤2)由紫外纳秒激光器(1)输出激光束，所述激光束的中心波长355nm，脉宽25ns，重复频率40kHz，光束模式为基模高斯，触发信号控制激光输出，通过触发信号的占空比调节激光输出功率；
步骤3)调节光束转换器(4)，使所述光束转换器(4)的中心与通过激光扩束器(3)后的激光束同轴；所述激光束依次通过所述光束转换器(4)的二元相位板(41)和锥透镜(42)；
步骤4)通过旋转所述光束旋转器(5)在所述激光切割头(8)的焦面上形成环形光束，所述环形光束的直径通过调节所述光束旋转器(5)到所述光束转换器(4)的距离来控制；
步骤5)调节二向色镜(7)使所述激光束经所述二向色镜(7)反射后正入射至所述激光切割头(8)，所述二向色镜(7)透射照明光源(10)以及样品表面的反射光，使得聚光透镜(11)与所述激光切割头(8)将样品表面形貌成像于图像捕获装置(12)上；
步骤6)通过所述控制装置(13)程序化设计控制激光输出功率和所述三维移动平台(9)的移动速度，从而在所述样品表面进行横向刻蚀；
步骤7)保持所述激光束的方向不变，控制所述三维移动平台(9)将所述样品需要深层刻蚀的位置移动到垂直于所述激光束的方向上，并再次曝光进行激光直写纵向刻蚀；
步骤8)重复步骤7，直至制备出具有预定深度的微流控芯片结构。
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