雙光子三維飛秒激光直寫儀

時間：[2018-12-26]  來源：

（1）設備簡介

本研究院所擁有的雙光子3D飛秒激光直寫儀（PPGT），由nanoscribe公司生產，是目前世界上精度最高的3D飛秒激光直寫儀之一，在3D微打印和無光罩光刻領域建立了新的標桿。PPGT能方便快速的打印從納米到中等尺度的微結構，特征尺寸從幾百納米到幾個毫米不等。結合定制的光刻膠和軟硬件，該系統可以非常自由方便的設計打印高精度3D微結構，且相對獨立的打印過程為3D微結構在轉印的過程中的材料選擇提供了極大的空間。該設備為2D、2.5D和3D增材制造工藝鋪平了道路，在很多領域都具有應用空間。

圖1 雙光子三維飛秒激光直寫儀實景圖

（2）工作原理

PPGT通過一整套光學設備，控制聚焦在光刻膠中激光的強度，從而保證光刻膠剛好在焦點相應的位置使光刻膠固化；通過軟件控制激光光束焦點在光刻膠中的移動，從而形成所需的結構。其工作原理圖如圖2所示。

圖2 PPGT工作原理圖

設備的配件主要包括3個不同倍率的激光鏡頭，其相應的打印范圍如下圖3所示：

圖3 不同倍率激光鏡頭的打印范圍示意圖

（3）主要用途

PPGT主要是通過光刻的方式制造2D、2.5D和3D聚合物結構，特征尺寸從亞微米到毫米尺寸級別。正是由于其超高的精度和極大的設計自由度，使得該設備在很多領域都有廣泛的應用，包括生命科學，能源材料，微型機器人，微流控，光電子學等（圖4）。

圖4 PPGT應用示例

（4）關鍵參數

• 電源電壓：交流100 V~240V，50/60Hz

• 最大電流：5A

• 操作環境溫度：22℃（±4℃）

• 橫向特征尺寸：200nm

• 橫向分辨率：50nm

• 壓電范圍：300µm×300µm×300µm

• 激光波長：780nm

• 激光平均功率：<180mW

• 激光功率峰值：25kW

• 脈沖時間：≈100fs

• 脈沖時間：≈100fs

• 脈沖頻率：80MHz

（5）相關論文

[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.