CN210937654U - 一种用于加工微纳结构的光镊打印装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，包括沿激光光路顺次设置的激光器、偏振片、半波片、扩束镜组、液晶空间光调制器SLM、第一凸透镜、第二凸透镜、分束镜、物镜、可移动载物台；所述物镜的一端连接有白光光源LED、另一端连接有一反射镜，所述反射镜顺次连接有第三凸透镜、电荷耦合元件CCD。该装置在加工精度和可重复性比化学方法加工的维纳结构更好，在实验复杂性和加工价格方面比聚焦离子束光刻和电子束光刻更好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种打印装置，尤其是指一种用于加工微纳结构的光镊打印装置。
背景技术
目前对于微纳结构的发展方向主要集中在通过各种方法获得精确的纳米结构，如聚焦离子束光刻或者电子束光刻加工微纳结构，但是该方法存在高加工成本和实验复杂之类的缺点。另一种方法是通过化学方法加工微纳结构，这种方法由纳米粒子组成的微纳结构是随机的，不能获得稳定的微纳结构。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：设计一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，通过捕获纳米颗粒并在金属薄膜上精确地打印任意纳米结构，得到稳定的微纳结构。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：本实用新型提供了一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，包括沿激光光路顺次连接的激光器、偏振片、半波片、扩束镜组、液晶空间光调制器SLM、第一凸透镜、第二凸透镜、分束镜、物镜、可移动载物台；所述物镜的一端连接有白光光源LED、另一端连接有反射镜，所述反射镜顺次连接有第三凸透镜、电荷耦合元件CCD。
进一步的，还包括控制单元，所述控制单元与所述激光器、电荷耦合元件 CCD、可移动载物台、液晶空间光调制器SLM连接。
进一步的，可移动的载物台表面设置有用于放置待加工样品的玻片，所述玻片为镀有金膜的玻璃片。
进一步的，所述玻片上设置有加工溶液，所述加工溶液由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与金纳米颗粒的溶液制得或者由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与介质颗粒的溶液制得。
进一步的，介质颗粒为平均粒径尺寸范围20nm-1μm的聚苯乙烯微球；所述金纳米颗粒的平均粒径尺寸范围为20nm-1μm。
进一步的，所述扩束镜组包括沿激光传输方向顺次设置的第一扩束镜与第二扩束镜。
进一步的，所述第一凸透镜、第二凸透镜、液晶空间光调制器SLM的工作镜面及所述物镜的后焦面共同组成4f系统。
本实用新型提供了一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，该装置在加工精度和可重复性比化学方法加工的维纳结构更好，在实验复杂性和加工价格方面比聚焦离子束光刻和电子束光刻更好。
附图说明
下面结合附图详述本实用新型的具体结构
图1为本发明的实验系统光路图；
图2为本发明的光镊捕获示意图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
图中：1-激光器、2-偏振片、3-半波片、4-第一扩束镜、5-第二扩束镜、6- 液晶空间光调制器SLM、7-第一凸透镜、8-第二凸透镜、9-分束镜、10-反射镜、 11-第三凸透镜、12-电荷耦合元件CCD、13-可移动载物台、14-白光光源LED、 15-物镜。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、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。
实施例1
请参阅图1以及图2，本实用新型提供的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，包括激光器1、偏振片2、半波片3、扩束镜组、液晶空间光调制器SLM6、第一凸透镜7、第二凸透镜8、分束镜9、物镜15、可移动载物台13；所述物镜 15的一端连接有白光光源LED14、另一端连接有一反射镜10，所述反射镜10 顺次连接有第三凸透镜11、电荷耦合元件CCD12，该装置还连接有控制单元，控制单元与所述激光器1、电荷耦合元件CCD12、可移动载物台13、液晶空间光调制器SLM6连接。
在本实施例中，激光器1发出激光，通过偏振片2得到线偏振光，再通过半波片3调整偏振方向，用以实现液晶空间光调制器SLM6所需的偏振光，之后光束经过第一扩束镜4和第二扩束镜5进行扩束，用以匹配液晶空间光调制器SLM6的工作区域，经过液晶空间光调制器SLM6进行光束调制后经由4f系统进入物镜15，在镀了金膜的玻璃衬底上得到液晶空间光调制器SLM6调制的光场，从而实现快速打印。成像结果通过显微镜中白光光源LED14照射样品后在电荷耦合元件CCD12获得。半波片3作用改变偏振光的偏振方向使偏振方向达到液晶空间光调制器SLM6工作的偏振要求，液晶空间光调制器SLM6的作用是加载设计好的全息图，对激光进行调制，在样品上得到想要的光场分布，分束镜9作用是将激光反射到物镜中，同时使得玻片上方的白光光源LED14可以通过，物镜15作用是将激光聚焦到玻片上，获得足够小的光斑尺寸，可移动载物台13用以承载玻片，同时可以通过计算机移动玻片，加工溶液由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与金纳米颗粒的溶液制得或者由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与介质颗粒的溶液制得，白光光源LED14的作用是对玻片进行照明，使玻片上的打印情况传递到电荷耦合元件CCD12中，在电脑上实时观察，反射镜10作用对光束进行反射，第三凸透镜11的作用是将玻片上的情况聚焦到电荷耦合元件CCD12上进行成像，电荷耦合元件电荷耦合元件CCD12的作用是获得玻片上的实时图像并显示在计算机上。
打印的原理为当激光束聚焦在金膜上，金膜吸收激光能量后在上方溶液内形成温度梯度场，引起溶液中CTAC分子胶束和氯负离子重新排布，从而捕获纳米颗粒。同时金膜吸收激光能量，形成的局域高温区，被捕获的纳米颗粒表面的CTAC分子高温状态下熔融将纳米颗粒粘附在金膜表面，实现在金膜上打印纳米颗粒。
实施例2
控制单元的作用是连接激光器1控制激光器功率，连接电荷耦合元件 CCD12显示玻片实时图像，连接可移动载物台13控制载物台移动，连接液晶空间光调制器SLM6加载全息图进而调制光束。
实施例3
玻片为镀有金膜的玻璃片，打印时将金膜上方溶液中的纳米颗粒固定在金膜表面。
实施例4
扩束镜组包括沿激光传输方向顺次设置的第一扩束镜4和第二扩束镜5，用以匹配液晶空间光调制器液晶空间光调制器SLM6的工作区域
实施例5
第一凸透镜7，第二凸透镜8，液晶空间光调制器SLM6工作镜面和物镜15 后焦面共同组成4f系统，可以在需要的时候对激光进行频谱调制，同时对光束尺寸进行调整，用以匹配物镜的入瞳。
综上所述，本实用新型提供的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，该装置在加工精度和可重复性比化学方法加工的维纳结构更好，在实验复杂性和加工价格方面比聚焦离子束光刻和电子束光刻更好。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，其特征在于，包括沿激光光路顺次设置的激光器、偏振片、半波片、扩束镜组、液晶空间光调制器SLM、第一凸透镜、第二凸透镜、分束镜、物镜、可移动载物台；所述物镜的一端连接有白光光源LED、另一端连接有一反射镜，所述反射镜顺次连接有第三凸透镜、电荷耦合元件CCD。
2.如权利要求1所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与所述激光器、电荷耦合元件CCD、可移动载物台、液晶空间光调制器SLM连接。
3.如权利要求1所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，其特征在于，所述可移动载物台表面设置有用于放置待加工样品的玻片，所述玻片为镀有金膜的玻璃片。
4.如权利要求3所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，其特征在于，所述玻片上设置有加工溶液层，所述加工溶液层由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与金纳米颗粒的溶液制得或者由含阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵与介质颗粒的溶液制得。
5.如权利要求4所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，所述介质颗粒为平均粒径尺寸范围20nm-1μm的聚苯乙烯微球；所述金纳米颗粒的平均粒径尺寸范围为20nm-1μm。
6.如权利要求1所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，所述扩束镜组包括沿激光传输方向顺次设置的第一扩束镜和第二扩束镜。
7.如权利要求1所述的一种用于加工微纳结构的光镊打印装置，所述第一凸透镜、第二凸透镜、液晶空间光调制器SLM的工作镜面及所述物镜的后焦面共同组成4f系统。
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2019
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